DE1154152B - Bistabiler Schwellwertschalter - Google Patents
Bistabiler SchwellwertschalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen mit pulsierender Gleichspannung gespeisten bistabilen Schwellwertschalter
zum Steuern einer Last, der bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eines ihn steuernden
Eingangssignals von einem ersten in einen zweiten Schaltzustand kippt und mit dem Unterschreiten
eines zweiten Schwellwertes, der kleiner als der erste ist, in den ersten Schaltzustand zurückkippt.
Eine der Schwierigkeiten, die bisher bei solchen Schaltkreisen aufgetreten sind, besteht darin, daß der
den beiden Umkehr- oder Kippunkten zugeordnete Signalpegelabstand stark von den Daten der verwendeten
Schaltungselemente abhing. Dies gilt besonders bei der Verwendung von Transistoren, wo der
Abstand der Kippunkte sich in weiten Grenzen mit Veränderungen der Umgebungstemperatur, des
Alterns der Transistoren usw. verändern konnte. Außerdem ändert sich dieser Abstand oder »Hub«
von einem Schwellwertschalter zum nächsten, so daß eine Wiederholbarkeit in der gewerblichen Fertigung
nicht erzielt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schwellwertschalter anzugeben,
in der dieser »Hub« oder dieses Schaltdifferential weitgehend durch die Elemente des Kreises
und nicht durch Transistorparameter bestimmt ist, so daß im wesentlichen keine Änderung dieses »Hubes«
als Folge der Änderung der Temperatur oder des Auswechselns oder Vertauschens von Transistoren
auftritt. Der »Hub« soll von Vorrichtung zu Vorrichtung im wesentlichen der gleiche bleiben. Durch die
engere Zuordnung der Kippunkte zu festen Signalpegeln ist der Aufbau eines Steuersystems mit nur
kleinem Hub möglich, wobei jedoch die Arbeitsstabilität beibehalten wird.
Die Erfindung geht also aus von einem mit pulgierender Gleichspannung gespeisten bistabilen
Schwellwertschalter zum Steuern einer Last, der bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eines ihn
steuernden Eingangssignals von einem ersten in einen zweiten Schaltzustand kippt und mit dem Unterschreiten
eines zweiten Schwellwertes, der kleiner als der erste ist, in den ersten Schaltzustand zuzurückkippt;
dieser Schalter zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Kippvorgang des Schalters
in dem oder nahe dem Beginn jedes einzelnen Impulses der pulsierenden Spannung in Abhängigkeit
von der Höhe der Vorspannung und dem Augenblickswert des Eingangssignals erfolgt, wobei
die Vorspannung einem Kondensator (54) entnommen wird, der an die pulsierende Gleichspannung angeschlossen
und auf einen bestimmten Ladezustand aufgeladen ist, wenn die Last energielos ist, und
Bistabiler Schwellwertschalter
Anmelder:
Minneapolis-Honeywell Regulator Company, Minneapolis, Minn. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Rathmann
und Dipl.-Ing, R. Mertens, Patentanwälte,
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. September 1959 (Nr. 842 748)
V. St. v. Amerika vom 28. September 1959 (Nr. 842 748)
Balthasar H, Pinckaers, Minneapolis, Minn.
(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
einen anderen Ladezustand hat, wenn die Last mit Energie versorgt wird, wobei sich die Größe der Vorspannung
nach jedem Schalten ändert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der bistabile Schalter ein Paar regenerativ gekoppelter
Transistoren umfassen, die von der pulsierenden Gleichspannung gespeist werden, die aus
einer voll gleichgerichteten, aber ungefilterten Wechselstromquelle genommen wird. Durch die Verwendung
der pulsierenden Gleichspannung ist es möglich, ohne die stark kapazitiven elektrolytischen
Filterkondensatoren auszukommen, die bisher oft die Ursache des Versagens von Transistorsteuersystemen
waren. Dies galt insbesondere für Anlagen, die in verhältnismäßig hoher Umgebungstemperatur installiert
waren. Die Benutzung der pulsierenden Gleichspannung oder eines pulsierenden Gleichstromes
macht ein genaues und schnelles Ansprechen des Schalters möglich. Der Schalter kann eine Entscheidung
über das Schalten innerhalb einer Periode der Wechselspannung, aus der die pulsierende Gleichspannung
gewonnen ist, zweimal treffen.
Nachfolgend wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben, daß die vorgenannten
und weitere Erfindungsmerkmale enthält. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungform,
309 687/248
3 4
Fig. 3 ein Zeitdiagramm mit der Darstellung der den Schaltkreis 10 angeschlossen. Der Transistor 70
Arbeitscharakteristik des Kreises nach Fig. 1 und besteht aus einer Emitterelektrode 71, einer Kollek-
Fig. 4 eine Abwandlungsform der Ausführungs- torelektrode 72 und einer Steuerelektrode 73. Die
form nach Fig. 1. Kollektorelektrode 72 ist unmittelbar durch einen
Fig. 1 zeigt eine Transistorkippschaltung 10, die 5 Leiter 74 und den Verbindungspunkt 62 an die
einen ersten und einen zweiten Flächentransistor 11 Steuerelektrode 15 des Transistors 11 angeschlossen,
und 12 aufweist. Der Transistor 11 hat eine Emitter- Die Steuerelektrode 73 ist mittels eines Leiters 75
elektrode 13, eine Kollektorelektrode 14 und eine unmittelbar an die Verbindungsstelle 30 und durch
Steuer- oder Basiselektrode 15. Der Transistor 12 einen Leiter 76 an eine Ausgangsklemme 80 einer
hat eine Emitterelektrode 16, eine Kollektorelektrode ίο Gleichspannungssignalquelle 82 angeschlossen, die
17 und eine Steuer- oder Basiselektrode 18. Die beispielsweise die Form einer Gleichstrombrücken-Kippschaltung
10 wird von einer Quelle mit gleich- schaltung hat. Die andere Ausgangsklemme 81 der
gerichtetem, ungefiltertem Potential gespeist, die Quelle 82 ist unmittelbar an die Emitterelektrode 71
einen Transformator 20 mit einer Primärwicklung 21 des Transistors 70 angeschlossen. Unter bestimmten
und einer Sekundärwicklung 22 aufweist. Die Se- 15 Voraussetzungen kann der Transistor 70 weggelassen
kundärwicklung 22 hat eine Mittelabgriff 24 und die und das Signal von der Brückenschaltung unmittel-Windungsanschlüsse
25 und 26. Die Klemme 25 ist bar auf den Transistor 11 gegeben werden,
über eine Gleichrichterdiode 27 an einen Punkt 30
angeschlossen, und die Klemme 26 ist über eine Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1
gleiche Gleichrichterdiode 31 mit dem Punkt 30 ver- 20
bunden. Wenn die Primärwicklung 21 an eine Es sei zunächst angenommen, daß die Signalquelle
Wechselstromquelle angeschlossen wird, tritt zwi- 82 kein Ausgangssignal auf den Transistor 70 gibt,
sehen dem Punkt 30 und dem Mittelabgriff 24 eine so daß der Transistor 70 nichtleitend ist und zwivoll
gleichgerichtete pulsierende Spannung auf, wo- sehen der Steuerelektrode 73 und der Kollektorelekbei
der Punkt 30 gegenüber dem Abgriff 24 positiv 25 trode72 eine hohe Impedanz darbietet. Ausgehend
ist. Obgleich eine voll gleichgerichtete Einspeisung von dem positiven Punkt 30, kann ein Stromkreis
bevorzugt wird, kann es dennoch unter Umständen durch die Diode 32, den Leiter 33, durch den Konmöglich
sein, die Einrichtung mit einer Einweg- densator 54 zur Aufladung des Kondensators, durch
gleichrichtung zu speisen. die Diode 56 zum Abgriffkontakt 52 des Potentio-
Der Punkt 30 ist über einen Gleichrichter 32, wie 30 meters 51, durch den oberen Teil des Widerstandes
beispielsweise eine Siliciumflächendiode, und über des Potentiometers 51 zur Verbindungsstelle 53 und
einen Leiter 33 an die Emitterelektrode 13 des Tran- dann über Punkt 42 und Leiter 43 zum Mittelabgriff
sistors 11 angeschlossen. Eine Anschlußstelle 34 am 24 verfolgt werden. Dieser Kreis ist während jeder
Leiter 33 ist über einen Gleichrichter 35, der eine Halbperiode wirksam und lädt den Kondensator 54
Siliciumflächendiode sein kann, mit der Emitter- 35 im wesentlichen auf die Scheitelspannung an der
elektrode 16 des Transistors 12 verbunden. Wicklung 22 auf. Ein Entladekreis mit langer Zeit-
Die Kollektorelektrode 14 des Transistors 11 ist konstante für den Kondensator 54 kann von der
unmittelbar an die Steuerelektrode 18 des Transistors positiven Platte des Kondensators über den Leiter 33
12 angeschlossen und außerdem über einen Wider- zum Emitter 13, durch den Transistor 11 von der
stand 40, einen Leiter 41, einen Verbindungspunkt 40 Emitterelektrode 13 zur Basis 15 und durch den
42 und einen Leiter 43 mit dem Mittelabgriff 24 der Widerstand 57 zur weniger positiven Platte des Kon-Sekundärwicklung
22 verbunden. Die Kollektor- densators 54 verfolgt werden.
elektrode 17 des Transistors 12 ist mittels einer Ver- Ein relativ konstanter Gleichstrom wird dann dem
bindungsstelle 44, eines Widerstandes 45, einer Ver- Transistor 11 zugeführt. Dieser Gleichstrom ist
bindungsstelle 46, einer Lastrelaiswicklung 47, der 45 immer dann vorhanden, wenn die pulsierende Gleich-Verbindungsstelle
42 und des Leiters 43 an den spannung zwischen dem Punkt 30 und dem Mittel-Mittelabgriff
24 angeschlossen. Ein Ventil 50, wie abgriff 24 periodisch durch Null geht. Daher ist der
beispielsweise eine Siliciumflächendiode, liegt parallel Transistor 11 so vorbereitet, daß er vom Emitter
zur Relaiswicklung 47. Gleichfalls parallel zur Relais- zum Kollektor leitend ist, und unter der Annahme,
wicklung 47 und der Diode 50 ist ein Spannungs- 50 daß kein Signal vorhanden ist, beginnt der Transiteiler
51 angeschlossen. Der Spannungsteiler 51 hat stör 11 vom Emitter 13 zum Kollektor 14 einen
einen zwischen seinen Enden liegenden Ab- Strom des höchst möglichen Betrages insoweit zu
griff 52, der die Form eines einstellbaren Ab- führen, wie die augenblickliche Speisespannung und
griffarmes an einer Potentiometerwicklung haben der Widerstandswert des Widerstandes 40 zuläßt,
kann. Ein Stromweg kann vom Leiter 33 über einen 55 Die Speisespannung beginnt jederzeit, vom Wert
Kondensator 54, die Verbindungsstelle 55, einen Null aus, anzusteigen (zweimal pro Periode). Der so
Gleichrichter 56, wie beispielsweise eine Halbleiter- leitend gewordene Transistor 11 bewirkt, daß der
diode, und dann zum Abgriff 52 am Spannungsteiler Spannungsabfall vom Emitter 13 zum Kollektor 14
51 verfolgt werden. Ein Stromweg kann auch von sehr klein ist. Er ist kleiner als die Spannung, die
der Verbindungsstelle 55 über einen Widerstand 57, 60 notwendig ist, um einen Stromfluß durch die Diode
eine Verbindungsstelle 60, einen Leiter 61 und eine 35 in Durchgangsrichtung in Gang zu setzen. Daher
Verbindungsstelle 62 zur Steuerelektrode 15 des fließt kein Strom vom Emitter zur Basis im Transi-Transistors
11 verfolgt werden. Ein weiterer Vor- stör 12, so daß der Transistor 12 nicht leitend
spannungspfad geht von der Verbindungsstelle 44 der bleibt.
Kollektorelektrode 17 des Transistors 12 über einen 65 Da im Transistor 12 kein Strom fließt, ist das
Widerstand 63, die Verbindungsstelle 60, den Leiter 61 Relais 47 nicht erregt, und die Verbindungsstelle 44
und die Verbindungsstelle 62 der Steuerelektrode 15. befindet sich nahezu auf dem gleichen negativen Po-Ein
dritter Transistor 70 ist als Steuertransistor an tential wie der Mittelabgriff 24. Ein Anstieg der
5 6
Speisespannung bewirkt, daß ein steigender Strom Beim Anstieg des Ausgangssignals aus der Signal-
vom Punkt 30 über die Diode 32, den Leiter 33, den quelle 82 wird ein Punkt erreicht, an dem der durch
Emitter 13 zum Kollektor 15 des Transistors 11, die den Transistor 70 fließende umgekehrte Vorstrom
Verbindungsstelle 62, den Leiter 61 und über den gegenüber dem infolge des Ladezustandes am Kon-Widerstand
63 zur Verbindungsstelle 44 fließt. Da- 5 densator 54 fließenden Strom ausreicht, einen Andurch
wird ein weiterer Vorstrom, der zeitlich ver- stieg zu einem nutzbaren Strom (algebraische Diffeänderlich
ist, für den Transistor 11 hervorgerufen. renz zwischen diesen beiden Strömen) zu liefern, der
Dieser pulsierende Vorstrom wird größer, als not- nicht ausreicht, den Transistor 11 ausreichend leiwendig
ist, um den Transistor 11 weiterhin während tend am Anfang einer (von Null aus ansteigenden)
des Restes einer Halbperiode gesättigt zu halten (sehr io Halbwelle der Speisespannung zum vollständigen
kleine Spannung vom Emitter zum Kollektor). Dem- Sperren des Transistors 12 zu halten. Sobald daher
nach bleibt der Transistor 12 während der Halb- die Spannung anfängt anzusteigen, fließt ein kleiner
periode nichtleitend. Annähernd in der Mitte der Strom vom Emitter zur Basis des Transistors 12, der
Halbperiode wird der Kondensator 54 über die einen geringen Kollektorstrom zuläßt, der aus dem
Diode 56 und die obere Hälfte des Potentiometers 15 Kollektor 17 über den Widerstand 45 und die Par-51
aufgeladen. Da der Transistor 12 nichtleitend allelschaltung aus der Relaisspule 47 und dem Pobleibt
und der Strom durch den Widerstand 63 ver- tentiometer 51 zum Mittelabgriff 24 fließt. Demnach
hältnismäßig klein ist, wird der Kondensator 54 im bleibt die Spannung der Verbindungsstelle 44 nicht
wesentlichen auf die Spitzenspannung an der Wick- länger auf im wesentlichen dem gleichen Wert wie
lung 22 aufgeladen. 20 diejenige des Abgriffes 24, und der Strom über den
Aus obigem ergibt sich, daß die Funktion des vom Widerstand 63 reicht nicht aus, den Transistor 11
Kondensator 54 abgeleiteten Gleichstromes haupt- leitend zu halten. Das heißt also, daß mit fortschreisächlich
nur während des Beginns jeder Halbperiode tender Halbperiode die Ungenügendheit des Vorder
Speisespannung wirksam ist. Dieser Strom be- stromes für den Transistor 11 dazu strebt, anzustimmt
in Verbindung mit dem Eingangsstrom im 25 wachsen. Dies macht den Transistor 12 weiter
Leiter 74, der vom Kollektor 72 des Transistors 70 leitend, und er geht infolge der Rückkopplung über
kommt (augenblicklich als Null angenommen), ob den Widerstand 63 in volle Leitfähigkeit über, die
der Transistor 11 genügend leitend ist oder nicht, um praktisch alle Hilfs- oder Halbwellenvorströme vom
den Transistor 12 auf Nichtleitung vorgespannt zu Transistor 11 wegnimmt. Dieser Vorgang vollzieht
halten, wenn die Spannung anfängt, von Null anzu- 30 sich rasch, sobald die Speisespannung über die notsteigen.
Wenn in diesem Zeitpunkt der Transistor 11 wendige Durchlaßspannung der Siliciumdioden 32
ausreichend leitend ist, bleibt er in diesem Zustand und 35 ansteigt. Jetzt ist der Transistor 12 für die
für den Rest der Halbperiode, und zwar infolge der betrachtete Halbwelle voll eingeschaltet. Theoretisch
Wirkung des Rückkopplungspfades, der den Wider- müßte er am Beginn der nächsten Periode wieder in
stand 63 enthält und oben erläutert wurde. Offen- 35 den »Ein«-Zustand kommen, aber es ist ein Differensichtlich
bewirkt also die in den Emitterkreis des tial vorgesehen, um kleine periodische Variationen
Transistors 12 eingeschaltete Siliciumdiode 35 eine der Eingangsspannung, wie etwa eine gewisse Wellig-Spannung,
die nicht nur gewährleistet, daß kein Vor- keit, daran zu hindern, daß die Belastung während
strom zu und aus der Steuerelektrode 18 fließt, son- einer Halbperiode und nicht während der nachfoldern
auch, daß tatsächlich Strom vom Kollektor 14 40 genden Halbperiode erregt wird,
des Transistors 11 in die Basis- oder Steuerelektrode Dies wird dadurch erreicht, daß das zum Laden
des Transistors 11 in die Basis- oder Steuerelektrode Dies wird dadurch erreicht, daß das zum Laden
10 des Transistors 12 fließen kann, um den Leck- des Kondensators 54 verfügbare Potential reduziert
oder Verluststrom von der Basis zum Kollektor des wird, wenn sind der Transistor 12 im »Ein«-Zustand
Transistors 11 zu schaffen. befindet. Daher ist die Kondensatorspannung und
Wenn in der Gleichstromsignalquelle 82 eine elek- 45 der zugeordnete Vorstrom für den Transistor 11 am
trische Verstimmung zur Schaffung einer Gleich- Anfang der nachfolgenden Halbperiode weniger
spannung einer zur Brückenverstimmung proportio- groß, als er am Beginn der ersten »Ein«-Halbnalen
Größe auftritt, veranlaßt diese Spannung periode des Transistors 12 war.
einen Strom durch den Eingangskreis des Transi- Bei leitendem Transistor 12 und erregtem Relais
einen Strom durch den Eingangskreis des Transi- Bei leitendem Transistor 12 und erregtem Relais
stors 70 vom Emitter 71 zur Steuerelektrode 73. Der 50 47 kann daher, mit anderen Worten, der Konden-Widerstandswert
des Ausgangskreises des Transi- sator 54 nicht mehr auf eine ebenso große Spannung
stors 70, d. h. der Widerstand zwischen der Steuer- wie zuvor bei entregtem Relais aufgeladen werden,
elektrode 73 und der Kollektorelektrode 72, ist eine Dazu ist der Kondensator an den Abgreifarm 52 des
inverse Funktion der Größe des Signals aus der auf Spannungsteilers 51 angeschlossen. Bei erregter Reden
zu ermittelnden Zustand ansprechenden 55 laiswicklung 47 liegt auch am Spannungsteiler eine
Brückenschaltung. große Spannung, die das Differential in der Span-
Ein Weg. um der Wirkung der Leitfähigkeit des nung am Kondensator 54, das durch Einstellen des
Transistors 70 Ausdruck zu geben, besteht darin, Abgriffs 52 zu bestimmen ist, gestattet. Die sich
daß er einen Nebenschluß zum Eingangskreis des daraus ergebende Verringerung der Ladung am Kon-Transistors
11 bildet. Er kann aber auch als eine 60 densator 54 wirkt sich in einem kleineren Vorstrom
Stromquelle angesehen werden, die einen umgekehr- durch den Transistor 11 und den Widerstand 57 aus.
ten Vorstrom in die Steuerelektrode 15 des Transi- Dies hat zur Folge, daß die Schaltung 10, wenn einstors
11 liefert, der dem Strom vom Kondensator 54, mal ein Signal von der Brücke 82 groß genug gewie
oben beschrieben, entgegenwirkt. Die Spannung worden ist, um die Schaltung 10 für eine Halbfür
die Stromquelle wird im Prinzip durch die Span- 65 periode zu schalten, weiterhin in dem gleichen
nung über der Diode 32 geschaffen, durch die der Schaltzustand während jeder nachfolgenden Halbgesamte
Strom für den Schaltkreis hindurchgehen periode verbleibt, wenn der Signalstrom konstant
muß. bleibt.
Unabhängig davon, ob die Last erregt ist oder nicht, »entscheidet« der Schaltkreis nahe dem Startzeitpunkt
jeder Halbperiode der Speisespannung, ob der Transistor 11 ausreichend »eingeschaltet« wird
und demnach der Transistor 12 gesperrt bleibt oder ob der Transistor 12 »eingeschaltet« wird. Diese
Entscheidung wird in Übereinstimmung mit den nutzbaren Vorstromzuständen getroffen, die zu diesem
Zeitpunkt am Basis-Emitter-Kreis des Transi-
wird den Brüekeneingangsklemmen 83 und 84 zugeführt.
Die Brückenzweige sind Widerstandszweige und enthalten ein auf Temperaturen ansprechendes
Widerstandselement 103 und Zweige mit festen 5 Widerständen 104, 105 und 106. Die Ausgangsklemmen
81, 82 der Brücke sind an die Emitterelektrode 71 des Transistors 70 bzw. über den Leiter
93 an die Steuerelektrode 73 des Transistors 70 angeschlossen. Parallel zum Kondensator 54 liegt ein
stors 11 herrschen. Diese Verhältnisse sind in Fig. 3 io Potentiometer 110. Ein einstellbarer Abgreifkontakt
graphisch dargestellt. In Fig. 3 stellt die Wellen- 111 am Potentiometer ist durch einen Leiter 112 mit
forma die Größe desjenigen Potentials dar, das zum der Ruheseite 47a eines Relaiskontaktes verbunden.
Aufladen des Kondensators 54 vor demjenigen Zeit- Der bewegbare Schließkontakt 47 b, der bei erregpunkt
zur Verfügung steht, in dem die Last zum tem Relais mit dem Kontakt 47 a in Berührung
ersten Mal mit Energie versorgt wird. Die Wellen- 15 kommt, ist über einen Leiter 113, einen Widerstand
form b gibt die Spannung am Kondensator 54 114, eine Verbindungsstelle 115, einen Widerstand
wieder. Nimmt man an, daß der Last im Zeitpunkt X 116 und die Verbindungsstelle 62 an die Steuerzum
ersten Male Energie zufließt, so gibt die elektrode 15 des Transistors 11 angeschlossen. Ein
Wellenform c diejenige Spannung an, die danach Kondensator 117 verbindet die Verbindungsstelle
zum Aufladen des Kondensators 54 zur Verfügung 20 115 mit dem Leiter 33 an einer Verbindungssteht.
stelle 120.
Die Entscheidung über das Schalten wird in jeder Bei Betrachtung der Wirkungsweise der Schaltung
Halbperiode unmittelbar nach dem Erreichen des nach Fig. 2 ist der größte Teil der oben gegebenen
Wertes Null der Pulsation der Speisespannung oder Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach
gerade dann getroffen, wenn die Speisespannungs- 25 Fig. 1 anwendbar. Wenn in dem durch das auf Tempulsationen
von Null aus anzusteigen beginnen. In peraturen ansprechende Element 103 erfüllten Beder
Darstellung nach Fig. 3 ist angenommen, daß das reich eine Temperaturänderung auftritt, wird die
Signal aus der Signalquelle 82 im Zeitpunkt X in Brückenschaltung verstimmt und liefert ein Ausbezug
auf die Vorstromkurve b im Punkt rf groß gangssignal zwischen den Klemmen 80 und 81.
genug geworden ist, um das Schalten des Kreises 30 Wenn diese Verstimmung ausreichend groß wird,
und das Erregen der Belastung zu veranlassen. Die wird der Schaltkreis 10 wirksam und erregt das Last-Schaltentscheidung
wird ebenso in den Zeitpunkten Y
und Z getroffen, und unter der Annahme, daß sich
das-Signal nicht verkleinert hat, bleibt die Belastung
weiterhin erregt. Die Differenz W der Beträge in den 35
Punkten d und e auf der Kurve b gibt das Einschalt-Ausschalt-Differential der Schaltung an. Die Last
bleibt, mit anderen Worten, so lange erregt, bis das
Signal von der Brücke auf eine Größe reduziert ist,
die kleiner als die Größe im Punkte der Fig. 3 ist. 40 die Schaltkontakte47α und 47& und durch den Wenn das Signal unter den Wert im Punkt e fällt, Widerstand 114. Dadurch wird der Kondensator 117 wird der Transistor 11 wieder leitend und hält den aufgeladen. Die ansteigende Spannung (vorzugsweise Transistor 12 gesperrt. Dadurch wird das Lastrelais gerade ansteigend) am Kondensator 117 wird über entregt, und die Ladung des Kondensators 54 steigt den Widerstand 116 so geführt, daß der Vorspanwieder auf ihren ursprünglichen Wert. Die Diode 50 45 mingseffekt des Signals aus der Brücke teilweise verabsorbiert dann den induktiven Ausgleichsstrom aus setzt wird. Wenn das Signal aus dem Kondensator dem Relais 47. Die Diode 56 verhindert jeden Strom- 117 groß genug wird, wird das Schaltdifferential des rücküuß durch den Aufladepfad des Konden- Kreises erreicht, und das Relais wird sogar entregt, sators 54. obgleich das Signal von der Fühlerbrücke unver-
und Z getroffen, und unter der Annahme, daß sich
das-Signal nicht verkleinert hat, bleibt die Belastung
weiterhin erregt. Die Differenz W der Beträge in den 35
Punkten d und e auf der Kurve b gibt das Einschalt-Ausschalt-Differential der Schaltung an. Die Last
bleibt, mit anderen Worten, so lange erregt, bis das
Signal von der Brücke auf eine Größe reduziert ist,
die kleiner als die Größe im Punkte der Fig. 3 ist. 40 die Schaltkontakte47α und 47& und durch den Wenn das Signal unter den Wert im Punkt e fällt, Widerstand 114. Dadurch wird der Kondensator 117 wird der Transistor 11 wieder leitend und hält den aufgeladen. Die ansteigende Spannung (vorzugsweise Transistor 12 gesperrt. Dadurch wird das Lastrelais gerade ansteigend) am Kondensator 117 wird über entregt, und die Ladung des Kondensators 54 steigt den Widerstand 116 so geführt, daß der Vorspanwieder auf ihren ursprünglichen Wert. Die Diode 50 45 mingseffekt des Signals aus der Brücke teilweise verabsorbiert dann den induktiven Ausgleichsstrom aus setzt wird. Wenn das Signal aus dem Kondensator dem Relais 47. Die Diode 56 verhindert jeden Strom- 117 groß genug wird, wird das Schaltdifferential des rücküuß durch den Aufladepfad des Konden- Kreises erreicht, und das Relais wird sogar entregt, sators 54. obgleich das Signal von der Fühlerbrücke unver-
Die Schaltung nach Fig. 2 ist eine geringfügige 50 ändert bleibt. Die im Zeitgeberkreis gespeicherte
Modifikation der Schaltung nach Fig. 1. Die Schal- Energie fällt ab und läßt eine nachfolgende Wiedertung
nach Fig. 2 ist der Verwendung in einem Tem- erregung der Belastung zu.
peratursteuersystem angepaßt. Die Brückenschaltung Die Steuervorrichtung nach Fig. 4 ist eine Modiist
zu einer auf Temperaturen ansprechenden Wider- fikation der Vorrichtung nach Fig. 1. Mit ihr wird
standsbrücke abgewandelt, die von einer Gleich- 55 etwa zum Zwecke der Motorsteuerung od. dgl. ein
stromquelle gespeist wird. Zusätzlich sind zwei mit Schaltkreis mit zwei Relais angegeben. Die Vorrichdem
Lastrelais verbundene Kontakte in einem RC- tung ist geeignet für den Empfang von Gleichstrom-Kreis
mit großer Zeitkonstante eingeschaltet, der zu- eingangssignalen umkehrbarer Polarität, um das eine
folge der Bewegung des Relais erregt wird, um den oder andere der beiden Relais in Abhängigkeit von
Vorstrom der ersten Stufe des Transistorschalters zu 60 der Signalpolarität zu betätigen. Der obere Teil der
verändern und die Wirkung des Signals aus der Schaltung nach Fig. 4 trägt Bezugszeichen, die
relais 47. Die Schaltung enthält auch einen einstellbaren Vorspannungskreis, der durch die Schließkontakte
47a und 47 b des Relais 47 betätigt wird. Der Widerstand 114 und der Kondensator 117
sind so gewählt, daß sie eine Zeitkonstante ergeben, die in der Größenordnung von 120 Sekunden liegt.
Als Folge der Erregung des Relais geht die Spannung am Abgriff 111 des Potentiometers 110 über
Fühlerbrücke teilweise zu verschieben, wie weiter unten näher erläutert wird.
Der Ausgang einer Wicklung 23 des Leistungstransformators 20 ist über einen herkömmlichen 65
Gleichrichter und Filter 100, der aus einem Flächendiodengleichrichter und einer Kapazität besteht, angeschlossen.
Die sich ergebende Gleichspannung
denen der Fig. 1 entsprechen, und der untere Teil hat für äquivalente Bestandteile mit einem Strich versehene Bezugszeichen.
Der untere Teil der Schaltung ist im wesentlichen gleich dem oberen Teil. Die Diode 32 ist durch einen
Widerstand 132 zwischen der positiven Klemme 30 des Gleichrichters und dem Leiter 33 ersetzt. Der
Widerstand 132 liefert das Differential. Das Potentiometer 51 ist weggelassen, und die Diode 56 ist unmittelbar
an den Leiter 41 und damit an den Mittelabgriff 24 angeschlossen. Der Kondensator 54 ist
beiden Relaiskreisen der Fig. 4 gemeinsam und liefert eine Vorspannung zu den Transistoren 11 und
1Γ über die Widerstände 57 und 57'. Die Diode 35 gehört gemeinsam zum Emitterkreis der beiden
Transistoren 12 und 12'. Die Signaleingangsklemmen 133 und 134 sind unmittelbar mit den Basiselektroden
15 und 15' der Transistoren 11 und 1Γ verbunden. Im Betrieb sind beide Relaisschaltkreise 10
und 10' normalerweise entregt. Ein die Klemme 133 gegenüber der Klemme 134 positiv machendes Signal
bewirkt, daß der Schaltkreis 10 so betätigt wird, daß das Relais 47 erregt wird, wogegen ein Signal entgegengesetzter
Polarität den Schaltkreis 10' betätigt. Wie vorerwähnt, liefert der Widerstand 132 das
Arbeitsdifferential. Im Normalzustand, in dem weder der Schalter 10 noch der Schalter 10' den »Ein«-
Zustand eingenommen haben, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 132 verhältnismäßig klein,
und der Kondensator 54 wird auf einen verhältnismäßig hohen Wert aufgeladen. Wenn einer der Schalter
betätigt wird, beispielsweise der Schalter 10, verursacht der durch den Transistor 12 fließende Laststrom
eine wesentlich größere Spannung am Widerstand 132, wodurch die Spannung, auf die der Kondensator
54 aufgeladen wird, verringert wird.
Claims (7)
1. Mit pulsierender Gleichspannung gespeister bistabiler Schwellwertschalter zum Steuern einer
Last, der bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eines ihn steuernden Eingangssignals von
einem ersten in einen zweiten Schaltzustand kippt und mit dem Unterschreiten eines zweiten
Schwellwertes, der kleiner als der erste ist, in den ersten Schaltzustand zurückkippt, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kippvorgang des Schalters in dem oder nahe dem Beginn jedes einzelnen
Impulses der pulsierenden Spannung in Abhängigkeit von der Höhe der Vorspannung und dem
Augenblickswert des Eingangssignals erfolgt, wobei die Vorspannung einem Kondensator (54)
entnommen wird, der an die pulsierende Gleichspannung angeschlossen und auf einen bestimmten
Ladezustand aufgeladen ist, wenn die Last energielos ist, und einen anderen Ladezustand
hat, wenn die Last mit Energie versorgt wird, wobei sich die Größe der Vorspannung nach jedem
Schalten ändert.
2. Schwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Gleichspannung
einer vollweggleichgerichteten, ungeglätteten oder ungefilterten Wechselspannung entnommen
bzw. aus einem derartigen Strom hergeleitet ist.
3. Schwellwertschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Schalttransistor
(12) aufweist, dessen Ausgangselektroden (16, 17) in einem Kreis (24, 42, 47, 46,
45, 12, 35, 32, 31, 26) liegen, der die Last oder ein die Last ein- und ausschaltendes Relais (47)
mit dem pulsierenden Gleichstrom speist, und daß die Steuerelektrode (18) des Schalttransistors
(12) durch eine Vorspannung bzw. einen Vorstrom so lange gesperrt ist, bis das Eingangssignal
eine vorgegebene Höhe erreicht.
4. Schwellwertschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor
(12) einen regenerativen Rückkopplungspfad (63, 61, 11) hat, der den Ausgang des Transistors mit
seiner Steuerelektrode verbindet.
5. Schwellwertschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektrode
des Schalttransistors die Vorspannung bzw. der Vorstrom mittels eines i?C-Gliedes (54,
57) zugeführt wird, das den Kondensator (54) enthält, der bei energieloser Last höher aufgeladen
ist als dann, wenn die Last mit Energie versorgt wird.
6. Schwellwertschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler
(51) parallel zur Last (47) und der Kondensator (54) zwischen einen Abgriff (52) des Spannungsteilers
und eine Klemme (26 bzw. 30) der Gleichspannungsquelle geschaltet ist.
7. Schwellwertschalter nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorspannungssignal und das Eingangssignal dem Schalttransistor mittels eines Steuertransistors
(11) zugeführt werden, der mit einer Ausgangselektrode (14) an die Steuerelektrode
(18) des Schalttransistors (12) angeschlossen ist, daß der Steuertransistor normalerweise auf
Stromleitung vorgespannt (geöffnet) ist, bis das Eingangssignal auf den vorgegebenen Wert steigt,
worauf der Steuertransistor (11) gesperrt wird, und daß zwischen dem Ausgang des Schalttransistor
(12) und der Steuerelektrode des Steuertransistors (11) eine Regenerativrückkopplung
(63) vorgesehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 006 895,
058 558.
058 558.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 687/248 9.63
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US842748A US3065388A (en) | 1959-09-28 | 1959-09-28 | Semiconductor control apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1154152B true DE1154152B (de) | 1963-09-12 |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JPS4023705B1 (de) |
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CH (1) | CH385968A (de) |
DE (1) | DE1154152B (de) |
GB (1) | GB969482A (de) |
NL (1) | NL256279A (de) |
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