DE1130922B - Vorrichtung zur UEberwachung des oberen und unteren Grenzwertes eines Gleichspannungspegels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung des oberen und unteren Grenzwertes eines Gleichspannungspegels, welche einen Schaltspannungsgenerator und ein von diesem gesteuertes Überwachungsrelais enthält, das anspricht, wenn der Pegel der zu überwachenden Gleichspannung einen der beiden Grenzwerte der Überwachungsvorrichtung über- bzw. unterschreitet.

Solche Vorrichtungen zur Überwachung von Grenzwerten rinden in der Praxis insbesondere Verwendung in Trägerfrequenzfernsprechsystemen zur Überwachung des Pegels eines Pilotsignals, wobei verlangt wird, daß der Pegel des Pilotsignals innerhalb zwei genau festgelegter Grenzwerte konstant bleibt; diese Grenzwerte unterscheiden sich z. B. um einige dB von dem nominellen Pilotsignalpegel. Wenn der Pilotsignalpegel diese Grenzwerte über- bzw. unterschreitet, soll das Uberwachungsrelais ansprechen, welches dabei z. B. eine Alarmvorrichtung betätigt und/oder eine selbsttätige Umschaltung auf eine Reserveapparatur bewirkt.

Die Erfindung bezweckt eine insbesondere für Transistorbestückung geeignete Ausführung einer Vorrichtung des angegebenen Typs zu schaffen, bei der zur gleichzeitigen Überwachung der beiden Grenzwerte nur ein einziges Überwachungsrelais zur Anwendung gelangt, während bei einfachem Aufbau eine empfindliche und betriebssichere Grenzwertüberwachung erzielt wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltspannungsgenerator aus zwei bistabilen Kippschaltungen mit voneinander verschiedenen Ansprechpegeln besteht, wobei der Ausgangskreis der ersten bistabilen Kippschaltung an einen Rückkopplungskreis der zweiten bistabilen Kippschaltung angeschlossen ist, und daß in den Ausgangskreis der letztgenannten Kippschaltung das Überwachungsrelais aufgenommen ist, wobei einem Eingangskreis jeder der beiden bistabilen Kippschaltungen zur Erregung der Schaltspannung für das Überwachungsrelais die zu überwachende Gleichspannung in Parallelschaltung zugeführt wird.

Bei Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmen braucht nur der Transistor bzw. die Röhre in dem Ausgangskreis, in den das Überwachungsrelais geschaltet ist, zur Lieferung des Steuerstroms des einzigen Relais als Leistungsstufe ausgebildet zu sein, während die übrigen Transistoren bzw. Röhren der Kippschaltungen für optimale Spannungsempfindlichkeit bemessen sein können, so daß bei für Transistorbestückung vorteilhaft niedriger Leistung

des oberen und unteren Grenzwertes

eines Gleichspannungspegels

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. J. Crasemann, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 14. April 1960 (Nr. 250 589)

Willem van Doorn, Hilversum (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

eine hohe Empfindlichkeit der Grenzwertüberwachung erzielt wird.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung in Transistorausführung, und

Fig. 2 zeigt ein Pegeldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Die in Fig. 1 gezeigte Überwachungsvorrichtung ist zur Grenzwertüberwachung des Pegels eines Pilotsignals eingerichtet, das nach Gleichrichtung in einer in der Figur nicht näher angedeuteten Gleichrichterstufe mit negativer Polarität den Eingangsklemmen 1, 2 zugeführt wird; in der gezeigten Ausführungsform liegt z.B. die Obergrenze der Überwachungsvorrichtung auf+2 dB und die Untergrenze auf — 3 dB vom Nennpegel.

Die Überwachungsvorrichtung ist mit einem Schaltspannungsgenerator 3 und einem Überwachungsrelais 4 versehen, welches anspricht, wenn der Pegel des gleichgerichteten Pilotsignals die Obergrenze bzw. die Untergrenze überschreitet und infolgedessen über einen Ruhekontakts eine in der Figur blockschematisch angegebene Alarmvorrichtung 6 in Betrieb setzt, z. B. eine Signallampe zum Aufleuchten bringt.

Zum Erzielen einer empfindlichen und betriebssicheren Wirkung der Überwachungsvorrichtung wird der Schaltspannungsgenerator 3 durch zwei bistabile

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Kippschaltungen 7, 8 mit gegenseitig verschiedenen Ansprechpegeln gebildet, wobei der Ausgangskreis der ersten bistabilen Kippschaltung 7 an einen Rückkopplungskreis der zweiten bistabilen Kippschaltung 8 angeschlossen ist und in den Ausgangskreis der letztgenannten Kippschaltung 8 das Überwachungsrelais 4 aufgenommen ist, und wobei dem Eingangskreis jeder der bistabilen Kippschaltungen 7, 8 zur Erregung der Schaltspannung für das Überwachungsrelais die an den Eingangsklemmen 1,2 auftretende Gleichspannung in Parallelschaltung zugeführt wird.

Jede der bistabilen Kippschaltungen 7 bzw. 8 enthält zwei Transistoren 9, 10 bzw. 11, 12, wobei jeweils die durch die Basiselektrode der Transistoren 9 bzw. 11 gebildete Eingangselektrode der Kippschaltungen 7, 8 mit der Eingangsklemme 1 verbunden ist und die Kollektorelektrode dieser Transistoren 9 bzw. 11 über einen Widerstand 13 bzw. 14 an die negative Klemme 15 einer stabilisierten Speisespannungsquelle gelegt ist. Einander zugeordnete Transistoren 9, 10 bzw. 11, 12 sind kreuzweise gekoppelt, die Kollektorelektrode der Transistoren 9 bzw. 11 ist gesondert durch Spannungsteiler 16, 17 bzw. 18, 19 mit den Basiselektroden der Transistoren 10 bzw. 12 gekoppelt, wobei die Emitterelektroden dieser letzten Transistoren 10 bzw. 12 jeweils mit dem Verbindungspunkt zweier Reihenwiderstände 20, 21 bzw. 22, 23 im Emitterkreis der Transistoren 9 bzw.

11 verbunden sind.

In der bistabilen Kippschaltung 8 ist in den durch den Kollektorkreis des Transistors 12 gebildeten Ausgangskreis das Überwachungsrelais 4 aufgenommen, wobei in dieser bistabilen Kippschaltung 8 außer der gegenseitigen Kopplung der beiden Transistoren 11 bzw. 12 auch die Ausgangsspannung der bistabilen Kippschaltung 7 wirksam gemacht wird, welche Spannung zu diesem Zweck dem den Spannungsteiler 18, 19 enthaltenden, vom Transistor 11 zum Transistor 12 führenden Rückkopplungskreis zugeführt wird.

Wenn den Eingangsklemmen 1, 2 der bisher beschriebenen Vorrichtung noch keine Eingangsspannung zugeführt wird, wird der Transistor 9 der bistabilen Kippschaltung 7 gesperrt sein, und der Transistor 10 wird Strom führen; an der Basiselektrode des Transistors 10 tritt über den zwischen der negativen Speisespannungsklemme 15 und Erde liegenden und durch die Widerstände 13, 16, 17 gebildeten Spannungsteiler eine verhältnismäßig hohe negative Spannung auf, während vom stromführenden Transistor 10 über dem Widerstand 21 im Emitterkreis ein Spannungsabfall herbeigeführt wird, der eine Sperrspannung für den Transistor 9 bildet. In diesem Zustand ist der Transistor 11 der Kippschaltung 8 ebenfalls gesperrt, aber die Basisspannung des Transistors

12 ist dabei infolge des vom stromführenden Transistor 10 über dem Widerstand 14 herbeigeführten Spannungsabfalls besonders niedrig, so daß auch durch das Überwachungsrelais 4 ein niedriger Kollektorstrom fließt, der nicht ausreicht, um das Relais 4 zum Ansprechen zu bringen. Zum Erzielen einer empfindlichen und betriebssicheren Grenzwertüberwachung ist es in diesem Zustand günstig, den Transistor 12 völlig zu sperren, was in einfacher Weise dadurch bewirkt wird, daß die Emitterelektrode an einen zwischen dem negativen Speisespannungskreis 15 und dem Verbindungspunkt der Emitterwiderstände 22, 23 liegenden Spannungsteiler mit Widerständen 24, 25 angelegt wird. Infolgedessen werden bei Abwesenheit einer Eingangsspannung an den Klemmen 1, 2 die Transistoren 9, 11, 12 gesperrt, und der Transistor 10 wird Strom führen, wenn das Überwachungsrelais 4 abgefallen ist.

Wenn, von diesem Zustand ausgehend, die Eingangsspannung an den Eingangsklemmen 1,2 in negativem Sinn erhöht wird, wird der Transistor 9 in dem

ίο Zeitpunkt, in welchem diese Eingangsspannung die Spannung über dem Emitterwiderstand 21 des Transistors 10 überschreitet, Kollektorstrom ziehen, und infolgedessen wird über dem Kollektorwiderstand 13 ein Spannungsabfall auftreten, der über den Spannungsteiler 16, 17 auf die Basiselektrode des Transistors 10 übertragen wird. Der infolgedessen im Transistor 10 auftretende Abfall des Emitterstromes führt eine Verringerung der Sperrspannung des Transistors 9 über dem Emitterwiderstand 12 herbei, welche

zo die Freigabe des Transistors 9 fördert. Die geschilderte kumulative Wirkung verursacht, wie an sich bekannt, ein plötzliches Sperren des Transistors 10 und eine Freigabe des Transistors 9.
Gleichzeitig mit dem Sperren des Transistors 10 nimmt die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 12 zu; über den Kollektorwiderstand 14 fließt nämlich nicht mehr der Kollektorstrom des Transistors 10, was zur Folge hat, daß der Transistor 12 stromführend wird und das Überwachungsrelais 4 anzieht. Um dafür zu sorgen, daß der durch das Relais 4 fließende Kollektorstrom stets auf seinen günstigsten Wert eingestellt ist und die Einflüsse des Alterns, der Temperaturänderungen und dergleichen weitgehendst herabgesetzt sind, ist die Basis des Transistors 12 im stromführenden Zustand an eine feste Spannung gelegt. Dieser Zweck wird mittels eines zwischen der negativen Speisespannungsklemme 15 und Erde geschalteten niederohmigen Spannungsteilers 26, 27 erzielt, der über eine Diode 28 in Stromdurchlaßrichtung, wie in der Figur angegeben ist, an die Basiselektrode des Transistors 12 angeschlossen ist. Die Diode 28 ist dann nämlich stromführend, und die Basiselektrode des Transistors 12 ist also unmittelbar an den Spannungsteiler 26, 27 angeschlossen, so daß die Basisspannung des Transistors 12 lediglich durch das Teilverhältnis des niederohmigen Spannungsteilers 26, 27 bestimmt wird.

Bei diesem Wert der an den Eingangsklemmen 1, 2 auftretenden Spannung sind die Transistoren 10,11 gesperrt und die Transistoren 9, 12 stromführend, wobei das Überwachungsrelais 4 angezogen ist.

Wird die Spannung an den Eingangsklemmen 1, 2 in negativem Sinn weiter erhöht, so hat diese Erhöhung der Eingangsspannung keinen Einfluß mehr auf die Kippschaltung 7, aber wenn diese Spannung die über dem Emitterwiderstand 23 des Transistors 11 auftretende Spannung überschreitet, wird ein Umklappen der Kippschaltung 8 stattfinden, wobei der Transistor 11 stromführend und der Transistor 12 gesperrt wird, was zur Folge hat, daß das Relais 4 abfällt. Dabei hat die herbeigeführte Verringerung der Basisspannung des Transistors 12 ebenfalls zur Folge, daß die Diode 28 gesperrt wird, so daß der Spannungsteiler 26, 27 von der Basiselektrode des Transistors 12 abgeschaltet wird.

In dieser Weise wird die Grenzwertüberwachung des Eingangspegels durch den Schaltspannungsgenera-

tor erhalten, der dafür sorgt, daß, wenn einer der von den Ansprechpegeln der beiden Kippschaltungen 1,8 bestimmten Grenzwerte überschritten wird, das Überwachungsrelais 4 mit Gewißheit zum Ansprechen gebracht wird, was, wie vorstehend erläutert wurde, über den Ruhekontakt 5 eine Inbetriebsetzung der Alarmvorrichtung 6 zur Folge hat. Außer einer betriebssicheren und genauen Grenzwertüberwachung zeichnet sich die beschriebene Vorrichtung noch dadurch aus, daß sie weniger empfindlieh ist gegen Alterung, Temperaturänderungen u.dgl.

Die Grenzwertüberwachung wird nachstehend an Hand des in Fig. 2 wiedergegebenen Pegeldiagrammes noch näher erläutert. In diesem Diagramm stent die volle Lime α den Nennpegel des Pilotsignals dar, der zwischen den von den Ansprechpegeln der beiden Kippschaltungen 7, 8 bestimmten Grenzwerten der Überwachungsvorrichtung liegt. Bei diesem Wert des Eingangspegels sind, wie schon im vorstehenden erläutert wurde, die Transistoren 9,12 stromführend und die Transistoren 10, 11 gesperrt, wobei das Überwachungsrelais 4 angezogen hat.

Wenn dabei die Spannung an den Eingangsklemmen 1, 2 der Überwachungsvorrichtung die Spannung über dem Emitterwiderstand 23 des Transistors 11 überschreitet, die in der Figur durch die volle Linie b angegeben ist, wird infolgedessen, wie schon im vorstehenden erläutert wurde, die Kippschaltung 8 umklappen, wodurch der Transistor 11 stromführend und der Transistor 12 gesperrt wird, wobei das Relais 4 abfällt. Durch Einstellung des Emitterwiderstandes 23 kann der Abfallpegel des Relais 4 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Wird die Spannung an den Eingangsklemmen 1, 2 wieder in der Richtung des Nennpegels α herabgesetzt, so wird die Kippschaltung 8 erst bei einem um einige Zehntel, z. B. 0,3 dB, niedrigeren Spannungswert, der in der Figur von der gestrichelten Linie c angegeben ist, in ihren ursprünglichen Betriebszustand zurückklappen und dabei das Überwachungsrelais zum Anziehen bringen, wobei dann zwischen der Anzugsspannung und der Abfallspannung des Relais 4 eine Hysterese eingeführt ist, die sich mittels des Widerstandes 22 in einfacher Weise einstellen läßt. Die Einführung dieser Hysterese ist günstig für die praktische Betriebsapparatur zur Vermeidung eines intermittierenden Alarms; bei nahezu gleichen Werten der Anzug- und Abfallspannung werden nämlich in der Nähe dieses Spannungswertes unvermeidliche kleine Pilotsignaländerungen das Überwachungsrelais 4 abwechselnd anziehen und abfallen lassen.

Ganz analog ist an der Untergrenze der Überwachungsvorrichtung eine Hysterese von z. B. 0,4 dB zwischen der Abfallspannung und der Anzugspannung des Überwachungsrelais 4 eingeführt, die sich wieder durch die Emitterwiderstände 20 bzw. 21 in einfacher Weise einstellen lassen. In der Figur ist die Abfallspannung durch die volle Linie d und die Anzugspannung durch die gestrichelte Linie e angegeben. In Anhängigkeit von der Anwendung lassen sich die Grenzwerte und die Hysterese in der beschriebenen Vorrichtung in einfacher Weise einstellen, wodurch die Überwachungsvorrichtung in einfacher Weise den für die bezügliche Verwendung geltenden Überwachungsanforderungen angepaßt werden kann.

Dabei kann die Einstellung auf verschiedene Weise zustande gebracht werden, z. B. mittels einer kontinuierlichen oder einer stufenweisen Einstellung. Gegebenenfalls können sowohl die Grenzwerte als auch die Hysterese gleichzeitig variiert werden; dies kann z. B. in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß die beiden Emitterwiderstände 20, 21 bzw. 22, 23 im Emitterkreis der Transistoren 9, 11 durch einen geeigneten veränderbaren Widerstand überbrückt werden.

Es sei hier noch bemerkt, daß es bei Änderung des Widerstandes 23 im Emitterkreis des Transistors 12 vorteilhaft ist, den Widerstand 24 gleichzeitig in entgegengesetztem Sinn zu ändern, da infolgedessen der Gesamtemitterwiderstand des Transistors 12 bei der Einstellung des Widerstandes 23 und also auch der durch das Überwachungsrelais 4 fließende Kollektorstrom konstant bleibt. In einfacher Weise kann dieser Zweck dadurch erzielt werden, daß für diese beiden Widerstände 23, 24 ein Spannungsteiler verwendet wird, dessen veränderbarer Anzapfungspunkt mit dem Widerstand 22 im Emitterkreis des Transistors 11 verbunden ist.

Zusammenfassend wird auf diese Weise, wie im vorstehenden ausführlich erläutert wurde, durch Anwendung der Maßnahmen nach der Erfindung bei einfachem Aufbau eine betriebssichere Vorrichtung erhalten, die weiter wegen ihrer genauen Grenzwert-Überwachung und ihrer großen Anwendungsmöglichkeiten für die praktische Verwendung besonders geeignet ist.

Schließlich sei noch erwähnt, daß statt der Anwendung in der Überwachungsvorrichtung der in Fig. 1 angegebenen Kippschaltungen des Schmitt-Typs auch andere Ausführungen von Kippschaltungen verwendet werden können. Es hat sich dabei aber herausgestellt, daß die in Fig. 1 angegebene Ausführung für die praktische Anwendung in technischer Hinsicht besonders geeignet ist.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Überwachung des oberen und unteren Grenzwertes eines Gleichspannungspegels, welche einen Schaltspannungsgenerator und ein von diesem gesteuertes Überwachungsrelais enthält, das anspricht, wenn der Pegel der zu überwachenden Gleichspannung einen der beiden Grenzwerte der Überwachungsvorrichtung über- bzw. unterschreitet, dadurch gekennzeich net, daß der Schaltspannungsgenerator aus zwei bistabilen Kippschaltungen mit gegenseitig verschiedenen Ansprechpegeln besteht, wobei der Ausgangskreis der ersten bistabilen Kippschaltung an einen Rückkopplungskreis der zweiten bistabilen Kippschaltung angeschlossen ist und in den Ausgangskreis der letztgenannten Kippschaltung das Überwachungsrelais aufgenommen ist, und wobei einem Eingangskreis jeder der beiden bistabilen Kippschaltungen zur Erregung der Schaltspannung für das Überwachungsrelais die zu überwachende Gleichspannung in Parallelschaltung zugeführt wird.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, die mit zwei bistabilen Kippschaltungen mit Transistorbestückung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der bistabilen Kippschaltungen zwei einander gegenseitig sperrende Tran-

sistoren enthält, und daß jeweils voneinander zugeordneten Transistoren der Kollektorkreis des ersten Transistors mit der Basiselektrode des zweiten Transistors gekoppelt ist und der Emitterkreis dieses Transistors an den Emitterkreis des ersten Transistors angeschlossen ist, wobei die zu überwachende Gleichspannung den Basiselektroden der ersten Transistoren zugeführt wird, und wobei der Kollektorkreis des zweiten Transistors jeweils den Ausgangskreis der Kipp-Schaltungen bildet und der Ausgangskreis der ersten Kippschaltung an den Rückkopplungskreis der zweiten Kippschaltung angeschlossen ist, der zwischen dem Kollektorkreis des ersten Transistors und dem Basiskreis des zweiten Transistors liegt, wobei in den Ausgangskreis der zweiten Kippschaltung das Überwachungsrelais aufgenommen ist.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterelektrode des Transistors, der in seinem Kollektorkreis ein Überwachungsrelais enthält, über einen zwischen die Speisespannungsklemmen geschalteten Spannungsteiler eine Vorspannung zugeführt wird, die bei Abwesenheit einer Eingangs-Spannung an der Überwachungsvorrichtung den betreffenden Transistor sperrt.

4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Transistors, der in seinem Kollektorkreis ein Überwachungsrelais enthält, an einen zwischen den Speisespannungsklemmen geschalteten Spannungsteiler über eine Diode angeschlossen ist, die im stromführenden Zustand dieses Transistors freigegeben wird.

5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der erste Transistor der beiden Kippschaltungen im Emitterkreis zwei in Reihe geschaltete Widerstände enthält, an deren Verbindungspunkt der Emitterkreis des zu dieser Kippschaltung gehörigen zweiten Transistors angeschlossen ist.

6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Widerstände im Emitterkreis des ersten Transistors der beiden Kippschaltungen einstellbar ist.

7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände im Emitterkreis des ersten Transistors der beiden Kippschaltungen durch je einen einstellbaren Widertand überbrückt sind.

8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors, der in seinem Kollektorkreis das Überwachungsrelais enthält, über einen Reihenwiderstand an den Verbindungspunkt der Reihenwiderstände im Emitterkreis des zu dieser Kippschaltung gehörigen ersten Transistors angeschlossen ist.

9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Reihenwiderstand und der mit ihm in Reihe liegende Widerstand im Emitterkreis des ersten Transistors in entgegengesetztem Sinn einstellbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 938 624.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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