DE1190046B - Transistor-Schaltverstaerker, insbesondere zur Anwendung bei sich selbst steuernden Uhrenantrieben - Google Patents

Description

• Transistor-Schaltverstärker, insbesondere zur Anwendung bei sich selbst steuernden Uhrenantrieben Es sind Transistor-Schaltanordnungen bekannt, bei denen zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors eine Steuerwicklung, zwischen dem Kollektor und dem Emitter eine Arbeitswicklung und in Serie zu der Arbeitswicklung eine vorzugsweise aus einer Monozelle bestehende Spannungsquelle vorgesehen sind. In der Steuerwicklung erzeugte Spannungsimpulse rufen hierbei in der Arbeitswicklung ver= stärkte Impulse hervor, die zur Aufrechterhaltung einer elektrischen Schwingung oder einer mechanischen Schwing- oder Drehbewegung benutzt werden. Bei zeithaltenden Anlagen kann ein derartiger Schaltverstärker entweder direkt auf das zeithaltende Glied z. B. ein Pendel oder eine Unruh einwirken, er kann aber auch das Antriebssystem eines periodisch oder dauernd umlaufenden Motors bilden, der über eine Pufferfeder zum Antrieb einer Uhr benutzt wird.
• Bei der Verwendung einer solchen Transistor-Schaltordnung zum Antrieb von zeithaltenden Anlagen maß der Strom in der Arbeitswicklung möglichst konstant gehalten werden. Mit den heute bekannten Schaltungen ist dies praktisch nicht möglich, da die Spannung der verwendeten Trockenbatterien im Laufe der Zeit von etwa 1,7 Volt auf etwa 0,8 Volt absinkt. Mit abnehmender Batteriespannung sinkt aber auch die Stromstärke und damit die von der Schaltverstärkeranlage abgegebene Antriebsleistung. Zur Kompensation dieses Spannungsabfalles sind aber relativ aufwendige Einrichtungen erforderlich.
• Bei Transistor-Schaltverstärkern der obengenannten Art ist es bereits bekannt, zur Erzielung eines periodischen Effektes in die Verbindungsleitung zwischen Basis und Emitter des Transistors einen Kondensator einzuschalten und die Basiszuleitung über einen hochohmigen Widerstand mit dem Kollektor zu verbinden. Durch die genannten Maßnahmen läßt sich eine Kompensation des Einflusses der Betriebsspannung auf die von der Arbeitsspule abgegebene Leistung jedoch nicht erzielen.
• Weiterhin ist ein Schaltverstärker mit einer Steuer-und einer Antriebsspule bekanntgeworden, bei dem eine Zenerdiode parallel zur Antriebsspule liegt, welche die Spannung an der Antriebsspule begrenzt. Solange die Batterie frisch ist, wird hierbei überschüssige Leistung über die Zenerdiode abgeleitet und damit in der Zenerdiode verbraucht. Dieser Schaltverstärker hat somit einen schlechten Wirkungsgrad und ist für eine aus einer Trockenbatterie gespeiste Uhr nur schlecht geeignet.
• Schließlich ist auch noch eine Schaltungsanordnung der beschriebenen Art vorbekannt, bei der eine Diode als temperaturabhängiger Widerstand im Steuerkreis des Transistors liegt und über einen ohmschen Widerstand an die Speisespannungsquelle angeschlossen ist. Infolge der nichtlinearen Strom-Spannungs-Charakteristik der Diode ist der Arbeitsstrom bei dieser Schaltung weitgehend unabhhängig von Temperaturschwankungen. Schwankungen der Speisespannung werden durch diese Schaltung nicht aasgeregelt.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Schaltverstärker der oben beschriebenen Art, bei dem durch verhältnismäßig einfache Mittel der Einfluß der Batteriespannung in einem verhältnismäßig breiten Bereich nahezu vollständig kompensiert wird: Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einem Transistor-Schaltverstärker, insbesondere zur Anwendung bei sich selbst steuernden Uhrenantrieben, bei dem im Arbeitskreis des Verstärkers eine nichtkonstante Gleichspannüngsquelle, insbesondere eine Trockenbatterie als Energiequelle vorgesehen ist, bei dem zwischen Basis und Emitter eine Steuerwicklung angeordnet ist, bei dem im Arbeitskreis eine Arbeitswicklung vorgesehen ist und bei dem zwischen der Steuerwicklung und der Arbeitswicklung ein Kondensator geschaltet ist, wobei die in der Arbeitswicklung erzeugten Schaltimpulse zum Antrieb eines mechanisch schwingenden oder rotierenden Systems dienen, durch dessen Bewegung dem Transistor periodische Steuerimpulse zugeführt werden, erfindungsgemäß den mit der Steuerwicklung verbundenen Belag des Kondensators über eine Diode an den nicht mit dem anderen Belag des Kondensators verbundenen Pol der Arbeitsspule anzuschließen, wobei die Diode derart gepolt ist, daß die am Kondensator liegende Spannung an der Basis des Transisitors als ein von der Höhe der Speisespannung abhängiges Sperrpotential wirksam ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das der Basis erteilte Sperrpotential noch nahezu verdoppelt werden, wenn in Serie zu der Diode ein weiterer Kondensator geschaltet wird und der mit der Diode verbundene Belag dieses Kondensators über eine zweite Diode mit dem zweiten Ende der Arbeitsspule leitend verbunden wird.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der F i g. 1 bis 4.
• F i g.1 zeigt eine Schaltanordnung nach der Erfindung mit einer Diode; F i g. 2 zeigt das in F i g.1 dargestellte Ausführungsbeispiel mit zwei Dioden; F i g. 3 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß F i g.1; F i g. 4 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2.
• In den Figuren ist mit T beispielsweise ein p-n-p-Silizium- oder Germaniumtransistor dargestellt. L1 ist eine zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors vorgesehene Steuerspule, L2 eine in Serie zu einer Batterie B zwischen Emitter und Kollektor liegende Arbeitsspule. Bei den Beispielen sind ferner in bekannter Weise die beiden Enden der Arbeitsspule L2 durch einen kleinen Kondensator Cl miteinander verbunden.
• Bei dem in den F i g.1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das nicht mit der Basis verbundene Ende der Steuerspule bei Po über einen Kondensator C2 geeigneter Größe mit der Emitterzuleitung verbunden. Weiterhin ist dieses Ende der Steuerspule L1 über einen hochohmigen Widerstand R mit dem Kollektor verbunden. Der Widerstand R wird zweckmäßig einstellbar gemacht.
• Bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1 ist nun das nicht mit dem Emitter verbundene Ende der Arbeitsspule L2 bei. P2 über eine Diode z. B. aus Germanium oder Silizium mit dem Punkt Po verbunden. Bei dem Beispiel in F i g. 2 ist in die Zuleitung zwischen der Arbeitsspule L2 und der Diode Dl ein weiterer Kondensator C$ eingeschaltet, und weiterhin liegt zwischen dem Punkt P1 und der den Kondensator C3 und die Diode Dl verbindenden Leitung eine weitere Diode D2. Die Wirkungsweise der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltanordnung ist nun die folgende: Es wird angenommen, daß in der Steuerspule L1 durch einen bewegten Permanentmagneten periodisch Spannungsimpulse erzeugt werden, durch die die Basis des Transistors abwechselnd ein positives oder negatives Potential gegenüber dem Emitter erhält. Bei einem p-n-p-Transistor wird nun bei einer ausreichend hohen negativen Spannung an der Basis die Kollektor-Emitter-Strecke leitend. Infolge des hierbei auftretenden Basisstromes lädt sich der mit der Basis verbundene Belag des Kondensators C2 positiv auf. Andererseits liegt im leitenden Zustand des Transistors T nahezu die gesamte Spannung der Batterie in der Arbeitsspule L2. Dadurch erhält der Punkt P1 und damit der rechte Belag . des Kondensators C2 eine negative Spannung. Weiterhin muß der Widerstand R so groß gewählt sein, daß durch den in der Steuerspule L1 erzeugten Spannungsstoß bei negativer Spannung an der Basis der Transistor noch voll durchgesteuert wird.
• Wird nun der Punkt P2 der Arbeitspule L2 über die Diode D1 mit dem Punkt Po verbunden, so erhält je nach der Batteriespannung der Punkt Po ein entsprechend der Größe der Batteriespannung, zusätzliches positives Potential. Der über die Diode Dl zugeführte Strom erhöht somit das positive Potential am Punkt Po und damit auch an der Basis des Transistors, und zwar entsprechend der Höhe der Spannung der Batterie B. Der Widerstand R wird so eingestellt, daß beispielsweise bei einer neuen Batterie und einer Spannung von etwa 1,7 Volt in der Arbeitsspule L, gerade ein ausreichend großer Strom entsteht. Nimmt nun im Laufe der Zeit die Batteriespannung ab, so verringert sich auch das positive Potential der Basis des Transistors, so daß dessen Widerstand im leitenden Zustand kleiner wird. Durch die Diode Dl wird somit weitgehend der Einfiuß der veränderlichen Batteriespannung auf die Stromstärke in der Arbeitsspule L2 kompensiert.
• Die vorgeschlagene Schaltung ergibt aber auch weitgehend eine Temperaturkompensation und zwar dadurch, daß bei zunehmender Temperatur und erhöhter Leitfähigkeit der Basis-Emitter-Strecke des Transistors auch die Leitfähigkeit der Diode Dl zunimmt, wodurch eine der Stromzunahme an der Arbeitsspule L., entgegenwirkende Zunahme des positiven Potentials an der Basis auftritt.
• Der Transistor kann aus Germanium, Silizium oder einem anderen halbleitenden Material bestehen. Ein Germaniumtransistor zeichnet sich durch einen besonders geringen Stromverbrauch und günstige Anschwingverhältnisse aus. Auch die Diode kann aus Germanium, Silizium oder einem anderen halbleitenden Material bestehen. Sehr günstige Verhältnisse haben sich ergeben bei Verwendung eines Germaniumtransistors in Verbindung mit einer Siliziumdiode. Die Siliziumdiode ergibt erst von einer relativ hohen Spannung in Durchlaßrichtung ab einen nennenswerten Strom, so daß erst oberhalb einer gewissen Batteriespannung eine Kompensationswirkung durch die vorgesehene Diode auftritt.
• Die Wirkung der Diode Dl wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 nahezu verdoppelt. Hier wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß in der Sperrphase des Transistors durch die Wirkung des Permanentmagneten auf die Arbeitsspule L2 der Punkt P1 der Schaltung eine positive Spannung erhält, die über die Diode D2 einen Stromfiuß zu dem linken Belag des Kondensators C3 ergibt. In der nachfolgenden Öffnungsphase des Transistors T liegt an P1 wieder eine negative Spannung und an dem anderen Pol P., der Arbeitswicklung L2 eine positive Spannung, wodurch jetzt über die Diode Dl der Kondensator C2 aufgeladen wird. Der Punkt Po erhält somit hier eine wesentlich höhere Spannung als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g.1. Die Wirkungsweise der Anordnung ist im übrigen die gleiche wie bei dem Beispiel gemäß F i g. 1.
• Bei der in F i g. 3 dargestellten Schaltung ist lediglich die Lage des Kondensators C2 und der Diode Dl miteinander vertauscht. Dies bedeutet, daß zur Erzeugung des Sperrpotentials an dem Punkt Po lediglich der in der Arbeitswicklung L2 auftretende Spannungsstoß während der Sperrphase des Transistors benutzt wird.
• Bei der in F i g. 4 dargestellten Schaltung ist, wie bei dem Beispiel gemäß F i g. 2, in die Verbindungsleitung zwischen Emitter und Steuerspule noch ein Kondensator C3 und zwischen der Diode Dl und dem mit dieser verbundenen Belag des Kondensators C3 und dem zweiten Pol der Arbeitsspule L2 eine Diode D2 zwischengeschaltet, so daß auch hier, ebenso wie bei dem Beispiel in F i g. 2, sowohl während der Sperrphase als auch während der öffnungsphase des Transistors von der Arbeitsspule L2 ein Strom zur Erzielung eines positiven Sperrpotentials abgenommen wird.
• Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So kann beispielsweise die Kompensationsspannung statt an dem zwischen dem Widerstand R und dem nicht mit der Basis verbundenen Ende der Steuerspule L1 gelegenen Punkt Po auch unmittelbar der Basis des Transistors zugeführt sein. Weiterhin ist es auch möglich, den Anschlußpunkt Po an irgendeiner Stelle der Steuerspule L1 vorzusehen und hierbei dem zwischen dieser Stelle und dem entsprechenden Belag des Kondensators C2 liegenden Spulenteil der Steuerspule L1 einen umgekehrten Windungssinn zu geben, wodurch eine zusätzliche kompensierende Wirkung auftritt, da hier der Stromstoß, der den Kondensator C2 über die Diode D1 auflädt, eine Gegenkopplung in der Steuerspule L1 bewirkt.
• Eine weitere Variante besteht ferner darin, bei geeigneter Bemessung des Kondensators C1 und einer geringen Rückkopplung zwischen den Spulen L, und L1 oberhalb eines bestimmten Arbeitsstromes in der Arbeitsspule L2 eine Sperrschwingung höherer Frequenz anzufachen, durch die, bei überschreitung einer bestimmten Stromstärke in der Arbeitsspule L2, eine die abgegebene Leistung der Arbeitsspule verringernde Sperrschwingung auftritt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Transistor-Schaltverstärker, insbesondere zur Anwendung bei sich selbst steuernden Uhrenantrieben, bei dem im Arbeitskreis des Verstärkers eine nichtkonstante Gleichspannungsquelle, insbesondere eine Trockenbatterie als Energiequelle vorgesehen ist, bei dem zwischen Basis und Emitter eine Steuerwicklung angeordnet ist, bei dem im Arbeitskreis eine Arbeitswicklung vorgesehen ist und bei dem zwischen der Steuerwicklung und der Arbeitswicklung ein Kondensator geschaltet ist, wobei die in der Arbeitswicklung erzeugten Schaltimpulse zum Antrieb eines mechanisch schwingenden oder rotierenden Systems dienen, durch dessen Bewegung dem Transistor periodisch Steuerimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Steuerwicklung (L1) verbundene Belag des Kondensators (C2) über eine Diode (D1) an den nicht mit dem anderen Belag des Kondensator (C2) verbundene Pol der Arbeitsspule (L2) angeschlossen ist, wobei die Diode (D1) derart gepolt ist, daß die am Kondensator (C2) liegende Spannung an der Basis des Transistors (T) als ein von der Höhe der Speisespannung abhängiges Sperrpotential wirksam ist.
2. 2. Transistor-Schaltverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu der Diode (D1) ein weiterer Kondensator (C3) geschaltet ist und der mit der Diode (D1) verbundene Belag dieses Kondensators (C3) über eine zweite Diode (D2) mit dem zweiten Ende der Arbeitsspule (L2) zur Erhöhung des Sperrpotentials leitend verbunden ist. 3. Transistor-Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor aus einem Germaniumhalbleiter und die Diode bzw. Dioden aus einem Siliziumhalbleiter bestehen. 4. Transistor-Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Arbeitsspule (L.,) ein weiterer Kondensator (C1) geschaltet ist, der so bemessen ist, daß oberhalb einer vorbestimmten Stromstärke in der Arbeitsspule (L2) eine Sperrschwingung auftritt. 5. Transistor-Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung der Steuerspule (L1) an einer Anzapfung zugeführt wird und der Wicklungssinn der Steuerspulenteile so gewählt ist, daß durch den Aufladestoß des Kondensators (C2) eine Gegenkopplung auftritt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1124 433, 1109 615; österreichische Patentschrift Nr. 206 375; schweizerische Patentschrift Nr. 349 546; französische Patentschrift Nr. 1267 353; »Die Uhr«, 1957, Nr.
3. 3, S.18 bis 24, und Nr. 4, 1957, S.12 bis 15; »Frequenz«, Bd. 8, Nr. 6, 1954, S.177 und 178; »A. E. Ü.«, 1956, September, Heft 9, S. 375.