Anordnung zur Steuerung der Drehrichtung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors
mit Hilfe von vier Transistoren in Brückenschaltung Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur Steue-rung der Drehrichtung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors
mit Hilfe von vier Transistoren in Brückenschaltung, an deren einer Diagonalen eine
Gleichstromquelle und an deren anderer Diagonalen die Ankerwicklung des Motors angeschlossen
ist, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Funkfernsteuerungsempfängern.
Zur Steuerung unbemannter Flu- und Bootsmodelle mittels elektromagnetischer Wellen
sind Transistorschaltanordnungen bekannt, welche selektiv jeweils auf bestimmte,
mit einer Trägerwelle übertragene Modulationsfrequenzen ansprechen und dabei über
ein elektromagnetisches Relais einen Elektromotor zur Ruderbetätigung od. dgl. in
Gang setzen. Je zwei Transistorschaltstufen zugeordnete Relais sind als Polwendeschalter
dem elektrischen Stellmotor vorgeschaltet.Arrangement for controlling the direction of rotation of a direct current shunt motor with the help of four transistors in a bridge circuit The invention relates to an arrangement for controlling the direction of rotation of a direct current shunt motor with the help of four transistors in a bridge circuit, on one diagonal a direct current source and on the other diagonals the armature winding of the motor is connected, particularly for use in conjunction with radio remote control receivers. For controlling unmanned river and boat models by means of electromagnetic waves, transistor switching arrangements are known which respond selectively to certain modulation frequencies transmitted with a carrier wave and thereby set an electric motor to operate the rudder or the like via an electromagnetic relay. Relays assigned to two transistor switching stages are connected upstream of the electric servomotor as pole reversing switches.
Um auf die mechanischen Relaiskontakte, die oft zu Störungen Anlaß
geben, verzichten zu können, sind weiterhin Schaltanordnungen bekanntgeworden, bei
denen die Schaltstufen statt eines Relais je einen Leistungstransistor steuern,
wobei zwei solche Leistungstransistoren und zwei Festwiderstände zu Gliedern einer
Wheatstoneschen Brücke zusammengefaßt sind. Der Stellmotor liegt so in der Brücke,
daß sich je nach dem öffnen des einen oder des anderen Leistungstransistors
gegensätzliche Strornrichtungen durch den Motor ergeben. Der Hauptnachteil dieser
Schaltanordnuno, besteht darin, daß jeweils weniger als die Hälfte des Gesamtstromes
durch den Stellmotor wegen dessen Innenwiderstand fließen kann. Der Verluststrom
von mindestens 5001o ist in diesen Schaltanordnungen sehr nachteilig, da bei einem
gegebenen Strombedarf der Rudermaschinen u. dgl. demnach die Stromquellen mindestens
die zweifache Kapazität besitzen müssen.In order to be able to do without the mechanical relay contacts, which often give rise to malfunctions, switching arrangements have also become known in which the switching stages each control a power transistor instead of a relay, two such power transistors and two fixed resistors being combined to form members of a Wheatstone bridge. The servomotor is located in the bridge in such a way that, depending on the opening of one or the other power transistor, opposing current directions result through the motor. The main disadvantage of this Schaltanordnuno is that less than half of the total current can flow through the servomotor because of its internal resistance. The leakage current of at least 50010 is very disadvantageous in these switching arrangements, since with a given current requirement of the steering gear and the like, the current sources must have at least twice the capacity.
Allgemein bekannt sind Schaltanordnungen, in denen vier Transistoren
zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengefaßt sind und an deren einer Diagonalen
ein Stellmotor, an deren anderen die Gleichstromquelle angeschlossen sind. Um die
Brücke je-
doch für beide Drehrichtungen steuern zu können, sind besondere
Maßnahmen erforderlich. Bekannt wurde eine Schaltanordnung, in der die Basen der
einander gegenüberliegenden pnp-Transistoren in der Brücke an einem dreigliedrigen
Spannungsteiler liegen, und zwar sinngemäß der untere Transistor am unteren Abgriff,
der obere Transistor am oberen Abgriff. Parallel zum oberen Glied des Spannungsteilers
liegen auf der einen Seite ein Schalter, auf der anderen die Emitter-Kollektor-Strecke
eines npn-Transistors. Durch Schließen oder öffnen des Schalters werden mit Hilfe
des npn-Transistors, dessen Basis abhängig vom Schalter gesteuert wird, die jeweils
einander gegenüberliegenden Brückentransistoren geöffnet oder gesperrt, so daß es
bei an Spannung liegender Brücke nur zwei mögliche Schaltzustände gibt: Der
Motor dreht sich entweder links- oder rechtsherum. Die Forderung, den Motor bei
an Spannung liegender Brücke stillstehen zu lassen, läßt sich mit dieser Schaltanordnung
nicht erfüllen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Möglichkeit zu bieten.Switching arrangements are generally known in which four transistors are combined to form a Wheatstone bridge and a servomotor is connected to one of the diagonals and the direct current source is connected to the other. To use the bridge JE but for both directions of rotation control, special measures are required. A switching arrangement has become known in which the bases of the opposing pnp transistors in the bridge are connected to a three-part voltage divider, namely the lower transistor at the lower tap and the upper transistor at the upper tap. Parallel to the upper part of the voltage divider, there is a switch on one side and the emitter-collector path of an npn transistor on the other. By closing or opening of the switch can be by means of the npn transistor, the base of which is controlled dependent on the switches, so that there is respectively opened opposite bridge transistors or locked in to voltage lying bridge only two possible switching states: The motor rotates either left or right. The requirement to let the motor stand still when the bridge is connected to voltage cannot be met with this switching arrangement. It is the object of the invention to offer such a possibility.
Die Erfindung besteht bei der eingangs genannten Anordnung darin,
daß in jeder Brückenhäffte ein in Abhängigkeit von der verlangten Drehrichtung gesteuerter
Transistor, eine Diode und ein in Abhängigkeit von der Spannung an der Diode gesteuerter,
dieser nachgeordneter Transistor, alle Ventile gleichsinnig in ihrer Durchlaßrichtung
in Reihe geschaltet sind, wobei die Ankerwicklung an die Verbindung zwischen der
Diode und dem nachgeordneten Transistor angeschlossen ist und die Basis jedes nachgeordneten
Transistors über einen Widerstand eine negative Vorspannung erhält. Im Ruhezustand
ist in jeder Brükkenhälfte je ein Transistor in den DurchIaßzustand gesteuert.
Um die Brücke in den Arbeitszustand zu bringen, muß nur einer der gesperrten Transistoren
in den Durchlaßzustand gesteuert werden, und der über diesem liegende, im Durchlaßzustand
befindliche Transistor wird dann automatisch gesperrt.The invention consists in the above-mentioned arrangement in that in each bridge half a transistor controlled depending on the required direction of rotation, a diode and a transistor controlled depending on the voltage at the diode, this downstream transistor, all valves in the same direction in their forward direction in series are connected, the armature winding being connected to the connection between the diode and the downstream transistor and the base of each downstream transistor receiving a negative bias voltage via a resistor. In the idle state in each Brükkenhälfte per one transistor is controlled in the DurchIaßzustand. In order to bring the bridge into the working state, only one of the blocked transistors has to be switched into the conducting state, and the transistor lying above this, which is in the conducting state, is then automatically blocked.
Im folgenden sei dieser Vorgang an Hand der Zeichnung näher beschrieben:
Die Abbildung zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung. Im Ruhezustand der Brücke
sind die Transistoren T2 und T2' im Sperrzustand. Die Basen der Transistoren
T3
und T 3' erhalten über die Widerstände R 2 und R 2'
eine
negative Vorspannung; die Transistoren T3 und TY sind also durchlässig. Der
Kollektor von Transistor T2 ist mit der Basis von Transistor T3 und der Kollektor
von Transistor T2' mit der Basis von Transistor TY unmittelbar verbunden.This process is described in more detail below with reference to the drawing: The figure shows an arrangement according to the invention. When the bridge is in the idle state, the transistors T2 and T2 'are in the blocking state. The bases of the transistors T3 and T 3 ' receive a negative bias voltage via the resistors R 2 and R 2'; the transistors T3 and TY are therefore permeable. The collector of transistor T2 is directly connected to the base of transistor T3 and the collector of transistor T2 'is directly connected to the base of transistor TY.
Beim öffnen von Transistor T2 durch eine negative Spannung an dessen
Basis erhält die Basis von Transistor T3 durch den Spannungsanstieg am Kollektor
von Transistor T2 gegenüber dem Emitter von Transistor T3 positive Vorspannung,
so daß also durch öffnen von Transistor T2 der Transistor T3
automatisch gesperrt
wird. Der Widerstand R3 sichert dabei eine für die Sperrung von Transistor
T3 ausreichende Spannungsdifferenz zwischen Basis und Emitter von Transistor
T3. Ein Strom ist daher nur über Transistor T2, den Motoranker
S und Transistor TY möglich. Für diese Stromrichtung ist die Diode Di in
der Kollektorleitung von Transistor T2 oberhalb des Abgriffs für die Basis von Transistor
T3 in Durchlaßrichtung gepolt. Die auf der anderen Seite der Brücke analog
geschaltete Diode Di' verhindert aber, daß die über die Brückendiagonale gelangende
positive Spannung auf die Basis von Transistor T 3' übergreift und den Transistor
T 3' teilweise sperrt, da ihr Widerstand in Sperrichtung wesentlich höher
ist als der Widerstand R 2. Ein geringer Verluststrom ergibt sich über den Basiswiderstand
von Transistor TY, doch ist dieser Verluststrom um mehr als eine Größenordnung geringer
als der nutzbare Diagonalstrom über den Motoranker.When transistor T2 is opened by a negative voltage at its base, the base of transistor T3 receives positive bias voltage from the voltage rise at the collector of transistor T2 compared to the emitter of transistor T3 , so that transistor T3 is automatically blocked by opening transistor T2. The resistor R3 secures sufficient for the blocking of transistor T3 voltage difference between the base and emitter of transistor T3. A current is therefore only possible via transistor T2, motor armature S and transistor TY. For this current direction, the diode Di in the collector line of transistor T2 is polarized in the forward direction above the tap for the base of transistor T3. The diode Di ', which is connected analogously on the other side of the bridge, prevents the positive voltage reaching the bridge diagonal from reaching over to the base of transistor T 3' and partially blocking transistor T 3 ' , since its resistance in the reverse direction is much higher than the resistance R 2. A small leakage current results from the base resistance of transistor TY, but this leakage current is more than an order of magnitude less than the usable diagonal current via the motor armature.
Da die gesamte Schaltanordnung symmetrisch aufgebaut ist, funktioniert
sie analog, wenn statt des Transistors T2 der Transistor T2' geöffnet wird, wobei
sich dann im Motoranker S eine entgegengesetzte Stromrichtung ergibt.Since the entire circuit arrangement is symmetrical, it functions analogously if, instead of the transistor T2, the transistor T2 'is opened, with an opposite current direction then resulting in the motor armature S.
Über den Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung hinaus sind zusätzlich
noch zwei Schalttransistoren Tl und TY mit ihren zugehörigen Emitterwiderständen
R 1 und R l' dargestellt, von denen jeder auf eine andere Niederfrequenz
in einer geeigneten, an sich bekannten Schaltanordnung anspricht und dann einen
Spannungsabfall an seinem Emitterwiderstand R 1 bzw. RY hervorruft, der zur
Steuerung von Transistor T2 bzw. T2' benutzt wird. Die Drosseln Dr und Dr'
sind Teile dieser selektiven Niederfrequenzschaltanordnungen, die lediglich dargestellt
sind, um eine Möglichkeit zur Steuerung von T2 bzw. T2' im Sinne der Erfindung anzudeuten.Beyond the scope of the arrangement according to the invention, two switching transistors Tl and TY with their associated emitter resistors R 1 and R l ' are also shown, each of which responds to a different low frequency in a suitable, known switching arrangement and then a voltage drop across its emitter resistor R 1 or RY, which is used to control transistor T2 or T2 '. The chokes Dr and Dr 'are parts of these selective low-frequency switching arrangements, which are only shown in order to indicate a possibility of controlling T2 or T2' within the meaning of the invention.