DE1216358B - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten

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DE1216358B DET26278A DET0026278A DE1216358B DE 1216358 B DE1216358 B DE 1216358B DE T26278 A DET26278 A DE T26278A DE T0026278 A DET0026278 A DE T0026278A DE 1216358 B DE1216358 B DE 1216358B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03k
Deutsche KL: 21 al-36/18
Nummer: 1216 358
Aktenzeichen: T 26278 VIII a/21 al
Anmeldetag: 29. Mai 1964
Auslegetag: 12. Mai 1966
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten, insbesondere fm einen Fernschreiber.
Die Wählmagnete von Femschreibern u. dgl. sind im allgemeinen so eingerichtet, daß sie auf binäre Eingangssignale mit rechteckigem Stromverlauf ansprechen. Die einzelnen Zeichen setzen sich in bekannter Weise aus Strom- und Pausenschritten zusammen. Bei einem Stromschritt soll der Wählmagnet anziehen und bei einem Pausenschritt abfallen.
Unerwünschte Schwankungen im Speisestrom des Wählmagneten führen zu schwankenden Einsatzzeiten des Anziehens und Abfallens des Wählmagneten. Infolgedessen wird die Zeichengabe verzerrt. Deshalb soll die Stromstärke des Speisestromes möglichst konstant sein.
Zur Einstellung des Speisestromes wurde bisher ein Strombegrenzungswiderstand verwendet, der in Reihe mit der Wählmagnetspule liegt. Diese Einstellung mußte gesondert für jede Maschine vorgenommen werden und benötigte die Verwendung einer zusätzlichen Prüfeinrichtung, wenn ein neuer Wählmagnet oder Strombegrenzungswiderstand eingesetzt wurde oder die Betriebsspannung wechselte. Auch zwischen diesen Prüfvorgängen konnte es vorkommen, daß der Widerstand im Speisestromkreis odei die Speisespannung sich änderte, was zu einer unbemerkten Veränderung des Speisestromes und demgemäß zu einer Veränderung der Betriebsbedingungen führte. -
Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Speiseschaltung für den Wählmagneten bzw. einen sonstigen Elektromagneten, mit deren Hilfe eine konstante Stromstärke unabhängig von Widerstandsänderungen in der Magnetwicklung oder dem Begrenzungswiderstand oder von Spannungsschwankungen der Speisestromquelle erzeugt wird. Infolge dieser Eigenschaften ist nur eine einmalige Einstellung notwendig, um einen konstanten Strom in jeder beliebigen Wählmagnetwicklung zu erzeugen.
Es sind Schaltungsanordnungen zur Speisung eines Elektromagneten mittels eines Schmitt-Triggers bekannt, die aus einem Eingangstransistor und einem mit dem Elektromagneten verbundenen Leistungstransistor bestehen, wobei an der Basis des Eingangs- transistors eine stabilisierte, von einer Gleichspannungsquelle abgeleitete Bezugsspannung liegt, die bei Abwesenheit von Empfangssignalen den Eingangstransistor öffnet und damit den Leistungstransistor sperrt, während bei anliegendem, einen Schwellwert übersteigendem Eingangssignal der Eingangstransistoi gesperrt und damit der Leistungstransistor geöffnet Schaltungsanordnung zur Speisung eines
Elektromagneten
Anmelder:
Teletype Corporation, Skokie, JIl. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46
Als Erfinder benannt:
Raymond Joseph Miller, Skokie, JU. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Mai 1963 (284211) --
wird. Auf diese Weise sollen der Ansprech-Schwellwert und der Abfall-Schwellwert des betreffenden Elektromagneten (Relais) und der Schwellwertabstand unabhängig von Temperaturschwankungen konstant gehalten werden, wie es insbesondere für Regelzwecke erforderlich ist. Mit der Konstanthaltung der Stromstärke im Elektromagneten befassen sich die Vorveröffentlichungen jedoch nicht.
Erfindungsgemäß wird nun von einem Schmitt-Trigger der soeben genannten Art Gebrauch gemacht, um die Aufgabe einer Konstanthaltung des Stromes im Elektromagneten zu lösen. Hierzu wird erfindungsgemäß die stabilisierte Bezugsspannung auch der Basis des leitend geschalteten Leistungstransistors über einen normalerweise gesperrten, mit dem Eingangstransistor gekoppelten Gleichrichter zugeführt.
Auf Grund dieser Maßnahme wird beim Empfang eines Zeichenschrittes die Basis des Leistungstransistors an die gleiche Spannung gelegt, wie die Wicklung des Elektromagneten, wodurch ein konstanter Speisestrom in der letzteren in verhältnismäßig einfacher Weise erzwungen wird.
Vorzugsweise werden die Empfangssignale dem Eingangstransistor über einen Varistor derart zugeführt, daß die Eingangsspannung einen bestimmten Maximalwert nicht überschreitet. Ferner kann noch ein Überspannungsschutz in Serie mit einem Gleichrichter mit dem Ausgang des Leistungstransistors verbunden sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt.
609 568/487
Die Transistoren IO und 11 bilden gemeinsam eine Schmittsche Kippschaltung. Sie sind beispielsweise pnp-Transistoren, könnten aber bei entsprechenden Polaritätsänderungen auch den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Mit Basis und Emitter des Eingangstransistors 10 ist der Eingangskreis verbunden, der zwei Fernleitungsklemmen 12 und 13 aufweist. Zwischen den Klemmen 12 und 13'sind ein Varistor 14 und ein ohmscher Widerstand 15 in Reihe geschaltet. :Der Emitter des Transistors 10 ist mit der Verbindungsstelle des Varistors 14 und des Widerstandes 15 verbunden, während die Basis des Transistors 10 unmittelbar an die Klemme 12 angeschlossen ist. Wenn ein Stromschritt auf der Leitung ankommt, fließt ein Strom von der Klemme 12 über Varistor 14 und Widerstand 15 zur-; Klemme 13, wodurch die Basis des Transistors 10 wegen des Spannungsabfalls am Varistor 14 positiv gegen ihren Emitter wird. Dies wird später noch näher erklärt. Wenn ein Pausenschritt ankommt, fließt kein Strom zwischen den Klemmen 12 und 13. Infolgedessen sind die Transistoren 10 und 11. unter ausschließlicher Steuerung durch die örtliche Gleichspannungsquelle 16, die als Batterie dargestellt ist.
Im letzteren Fall {Pausenschritt) wird der Transistor 10 durch eine' stabilisierte Bezugsspannung, die von der Zenerdiode 17 geliefert wird, leitend gemacht. Die Bezugsspannung ist mit der Basis des Transistors 10 über einen Widerstand 18 gekoppelt. Sie ist starker negativ als die Einitterspannung des Transistors 10, die über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 15. 21, 28 und 24 gebildet wird.
Der Wert des Widerstandes 18 ist so gewählt, daß der Emitter-Basisr-Strom des Transistors 10 etwa gleich der Hälfte des vollen Leitungsstromes im Stromzustand der Fernleitung ist. Dieser Emitter-Basis-Strom ist konstant und erheblich größer, als es zur Sättigung des Transistors 10 erforderlich ist. Sein Wert dient zum Einstellen des gewünschten Schaltpegels für den Transistor 10, wie es bei der Beschreibung der Arbeitsweise noch erläutert wird.
Bekanntlich herrscht an einer Zenerdiode ein konstanter Spannungsabfall für alle Stromwerte in Sperrrichtung, nachdem das .Lawinenpotential überschritten wurde. Im dargestellten Beispiel ist die Zenerdiode 17 in Reihe mit einem Widerstands an die Klemmen der Batterie 16 angeschlossen, um die notwendige Stromstärke bereitzustellen, so daß die Zenerdiode oberhalb ihres Lawinendurchbruchpotentials im flachen Teil der Stromspannungskurve arbeitet.
Die an die Basis des Transistors 10 angelegte stabilisierte negative Bezugsspannung bewirkt, daß dieser Transistor Strom über einen Stromkreis führt, der von der positiven Klemme der Batterie 16 über Widerstand 15, Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 10 und Widerstand 20 zum negativen Pol der Batterie 16 führt. Wenn Transistor 10 leitet, wird Transistor 11 gesperrt, da das Potential am Kollektor des Transistors 10 unmittelbar auf die Basis des Transistors 11 gegeben wird und so diesen positiv vorspannt. Ein einstellbarer Widerstand 21 erzeugt einen Spannungsabfall zwischen dem Emitter des Transistors 10 und dem Emitter des Transistors 11, um sicherzustellen, daß die Emitterspannung des Transistors 11 negativ gegen seine Basis ist, wenn dei Transistor 10 leitet; Wäre der Widerstand 21 nicht vorgesehen, so könnte der Transistor 11 im Leitungszustand des Transistors 10 gesperrt werden, weil das Emitterpotential des Transistors 11 dann mit der Basisspannung übereinstimmen oder nur wenig höher sein könnte. Dies wird durch Widerstand 21 verhindert.
Ist der Transistor 10 leitend, so kann die stabilisierte Bezugsspannung von der Zenerdiode 17 nicht an die Basis des Transistors 11 gelangen, da durch die verhältnismäßig positive Spannung am Kollektor des Transistors 10 eine Diode 22 gesperrt wird, die zwischen der Zenerdiode 17 und der Verbindung zwischen Kollektor des Transistors 10 und Basis des Transistors 11 liegt. Solange der Transistor 10 leitet, hat also das Bezugspotential der Zenerdiode 17 keinen Einfluß auf den Transistor 11.
Die Wählmagnetwicklung 23 und ein Strombegrenzungswiderstand 24 sind in Reihe zwischen dem Kollektor des Transistors 11 und der negativen Klemme der Batterie 16 geschaltet. Wenn der Transistor 11 gesperrt ist, kann also kein Strom durch die Wählmagnetspule 23 fließen, und der Elektromagnet ist abgefallen. Dieser Zustand entspricht, wie gewünscht, dem stromlosen Zustand der Signalleitung zwischen den Klemmen 12 und 13.
Nun sei angenommen, daß ein Stromschritt beginnt. Infolgedessen fließt ein Strom von der Klemme 12 über Varistor 14 und Widerstand 15 zur Klemme 13. Während des Stromanstiegs wird der Emitter-Basis-Strom des Transistors 10 um den gleichen Betrag verringert, bis der Linienstrom gerade den Ruhestrom überschreitet. Dann wird der Transistor 10 gesperrt. Da der konstante Ruhestrom, wie oben ausgeführt wurde, etwa gleich dem halben Nennstrom für einen Stromschritt ist, wird der Transistor 10 gesperrt, wenn die Stromstärke auf der Fernleitung etwa die Hälfte ihres Endwertes erreicht hat. Beim weiteren Stromanstieg fließt ein Teil des Stromes von der Klemme 12 über die Widerstände 18 und 19 und die Batterie 16 zur Klemme 13, bis der Lawineneinsatzpunkt des Varistors 14 überschritten ist. Dann fließt der Rest des Stromes über den Varistor 14 und den Widerstand Ϊ5 zur Klemme 13. Die Linienstromstärke, bei welcher der Transistor 10 gesperrt wird, ist stets die gleiche und wird durch den Wert des konstanten Ruhestromes zwischen Emitter und Basis genau festgelegt, der durch die Zenerdiode 17 und den Widerstand 18 und durch den Verstärkungsfaktor des Transistors 10 gegeben ist.
Hat der Transistor 10 gesperrt, so ist die Diode 22 nicht länger gesperrt. Die negative Bezugsspannung von der Zenerdiode 17 gelangt nun über die Diode 22 auf die Basis des Transistors 11. Diese Bezugsspannung bewirkt, daß die Basis des Transistors 11 negativ gegen die Spannung an seinem Emitter wird, so daß der Transistor 11 sich öffnet. Dadurch steigt die Emitterstromstärke des Transistors 11, was zu einer Steigerung der negativen Spannung am Emitter des Transistors 10 führt, so daß dieser noch stärker gesperrt wird. Der durch den Transistor 11 und damit durch den Wählmagneten 23 und den Begrenzungswiderstand 24 fließende Strom nimmt zu, bis er einen vorgeschriebenen Wert erreicht hat.
Um die gewünschte Stromstärke im Stromkreis von Batterie 16 über Widerstände 15 und 21, Transistor 11, Spule 23 und Widerstand 24 wieder zu Batterie 16 einzustellen, wird der Widerstand 21 anfänglich so verstellt, daß Größenschwankungen der Bauteile kompensiert werden. Weitere Verstellungen im Betrieb sind nicht erforderlich.
Wenn der Linienstrom seinen vollen Wert erreicht, wird die Basis des Transistors 10 positiv gegen ein Potential vorgespannt, das durch den Schutzwiderstand 14 auf einen bestimmten Wert festgelegt ist. Der Varistor 14 verhindert auch eine Beschädigung des Transistors 10 bei plötzlichen Stromstößen auf der Leitung in beliebiger Richtung.
Schlägt der Linienstrom wieder in den Pausenzustand um, so nimmt die Stromstärke an der Basis des Transistors 10 ab, bis sie etwa die Hälfte ihres vollen Wertes erreicht hat. Sie unterschreitet dann den von der Zenerdiode 17 und dem Widerstand 18 vorgeschriebenen Ruhestrom zwischen Emitter und Basis. Infolgedessen wird die Basis des Transistors 10 negativ gegen den Emitter, wodurch der Transistor 10 zu.leiten beginnt. Hierdurch steigt die Bäsisspannung des Transistors 11 an, und die Diode 22 wird wieder gesperrt, wodurch Transistor 11 gesperrt wird. Infolgedessen steigt die Emitterspannung des Transistors 10 wiederum, wodurch der Transistor 10 voll geöffnet wird. Dieser Effekt führt zu einer Verstärkung und Beschleunigung des Übergangs vom Stromschritt zum Pausenschritt mit allen Vorteilen eines solchen Kippvorganges.
Beim Sperrvorgang des Transistors 11 wird am Kollektor dieses Transistors infolge der im Magnetfeld der Wählmagnetspule 23 gespeicherten Energie eine negative Induktionsspannung entwickelt. Diese überspannung ist stärker negativ als das Potential an der negativen Klemme der Batterie 16 und bewirkt, daß eine Diode 25 geöffnet wird. Dadurch kann die Überspannung zu einem i?C-Glied abfließen, das aus einem Widerstand 26 und einem Kondensator 27 besieht. Das i?C-Glied begrenzt die Überspannung auf einen Wert unterhalb der Durchbruchsspannung des Transistors 11, während die Energie in der Spule 23 vernichtet wird. Ohne diese Begrenzerschaltung würde die negative Spannung zunehmen, bis die Durchbruchsspannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors überschritten ist. Ein wiederholter Durchschlag dieser Art würde zur Zerstörung des Transistors und schließlich zu einem Kurzschluß zwischen Kollektor und Emitter führen. Die Diode 25 trennt das i?C-Glied ab, wenn am Kollektor des Transistors 11 Spannungen liegen, die stärker positiv als der negative Pol der Batterie 16 sind. Nur während des Schaltvorganges ist also das ÄC-Glied wirksam.
Der konstante Speisestrom in der Magnetspule 23 bei Stromschritten auf der Leitung kommt folgendermaßen zustande: Bei einem Stromschritt ist, wie gesagt, der Transistor 11 leitend, und die an seiner Basis liegende Spannung entspricht dem durch die Zenerdiode 17 gegebenen stabilisierten negativen Potential. Der Widerstand zwischen dem Emitter des Transistors 11 und dem positiven Pol der Batterie 16 ist nach anfänglicher Einstellung des Widerstandes 21 konstant. Wenn die Betriebsspannung der Gleichspannungsquelle 16 ansteigt, fließt eine größere Stromstärke durch die Zenerdiode 17, aber die Bezugsspannung, die über die Diode 22 an der Basis des Transistors 11 liegt, ändert sich nicht, weil der Spannungsabfall an der Diode 17 von der Stromstärke unabhängig ist. Die höhere Betriebsgleichspannung sucht einen höheren Strom durch die Spule 23 und die Widerständeis und 21 zu schicken. Dadurch sucht der Emitter des Transistors 11 stärker negativ gegen das konstante Potential an seiner Basis zu werden, wodurch der Transistor weniger stark leitend wird. Infolgedessen steigt die Impedanz des Transistors an, und die Stromstärke durch den Stromkreis, in dem die Spule 23 liegt, bleibt konstant.
Sinkt dagegen die Betriebsgleichspannung ab, so nimmt die Stromstärke in der Zenerdiode ab, aber das Potential an der Basis des Transistors 11 bleibt abermals konstant. Gleichzeitig sucht die Stromstärke durch die Spule 23 und die Widerstände 15 und 21 einen geringeren Wert anzunehmen, wodurch die
ίο Spannung am Emitter des Transistors 11 stärker positiv bezüglich des Potentials an der Basis zu werden sucht, weil an den Transistoren 15 und 21 ein geringerer Spannungsabfall eintritt. Infolgedessen ergibt sich eine Zunahme des Emitter-Basis-Stromes, wodurch der Leitwert des Transistors 11 ansteigt, bis der Nennstrom durch die Spule 23 wieder erreicht ist. Es sei bemerkt, daß zur Erzielung dieser Regelungswirkung der Transistor 11 ein Leistungstransistor sein muß, da er außer der Aufgabe der Umschaltung zwi-
zo sehen Strom- und Pausenschritten schwankende Energiemengen vernichten muß.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß eine Impedanzänderang der Spule 23 oder des Begrenzungswiderstandes 24, beispielsweise infolge Ersatz oder Alterung, keinen Einfluß auf die Stromstärke in der Spule 23 hat, da der Leitwert des Transistors 11 solche Änderungen kompensiert. Beispielsweise sei angenommen, daß die Betriebsgleichspannung konstant ist, daß aber die Impedanz entweder der Spule 23 oder des Transistors 24 zugenommen hat. Hierduch sucht der durch die Widerstände 15 und 21, Transistor 11, Spule 23 und Widerstand 24 fließende Strom abzunehmen. Infolgedessen beginnt die Spannung am Emitter des Transistors 11 hinsichtlieh des stabilisierten Potentials an dessen Basis zuzunehmen. Dies führt zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit des Transistors und damit zu einer Verringerung des Gesamtwiderstandes dieses Strompfades, bis der vorgeschriebene Nennstrom durch Spule 23 wieder erreicht ist. In umgekehrter Richtung funktioniert die Regelung, falls die Impedanz der Spule 23 oder des Widerstandes 24 abnimmt.
Die Regelwirkung des Transistors 11 gilt für Spannungsänderungen der Betriebsspannungsquelle 16 oder Impedanzänderungen der Spule 23 und des Widerstandes 24 in einem verhältnismäßig großen Bereich. Überschreiten diese Änderungen jedoch den Leistungsbereich des Transistors 11, so wird keine konstante Stromstärke mehr in der Spule 23 aufrechterhalten. Das kommt aber im Normalbetrieb selten oder nie vor.
Außer den konstanten Anzugs- und Abfallintervallen erzeugt die erfindungsgemäße Schaltung auch einen sehr steilen Stromanstieg im Wählmagneten.
Zunächst fließt nämlich nur ein sehr geringer Strom im Stromkreis der Magnetspule 23, weshalb der Transistor 11 zunächst sehr stark leitend ist. Infolgedessen steigt die Stromstärke rasch an, bis die gewünschte konstante Stromstärke erreicht ist. Der Stromanstieg ist rascher als die übliche Exponentialkurve. Damit wird der Einsatzpunkt der Strom- und Pausenschritte noch genauer.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten, insbesondere eines Wählmagneten für einen Fernschreiber mittels eines Schmitt-Triggers, bestehend aus einem Eingangstransistor
und einem mit dem Elektromagneten verbundenen Leistungstransistor, wobei an der Basis des Eingangstransistors eine stabilisierte, von einer Gleichspannungsquelle abgeleitete Bezugsspannung Hegt, die bei Abwesenheit von Empfangs-Signalen den Eingangstransistor öffnet und damit den Leistungstransistor sperrt, während bei anliegenden, einen Schwellwert übersteigenden Eingangssignal der Eingangstransistor gesperrt und damit der Leistungstransistor geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierte Bezugsspannung auch der Basis des leitend geschalteten Leistungstransitors (11) über einen normalerweise gesperrten, mit dem Eingangstransistor (10) gekoppelten Gleichrichter (22) zu- geführt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale dem Eingangstransistor (10) über einen Varistor (14) derart zugeführt werden, daß die Eingangsspannung einen bestimmten Maximalwert nicht überschreitet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überspannungsschutz (26, 27) in Serie mit einem Gleichrichter (25) mit dem Ausgang des Leistungstransistors (11) verbunden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 135 520;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 148 262.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 568/487 5.66 © Bundesdruckerei Berlin
DET26278A 1963-05-29 1964-05-29 Schaltungsanordnung zur Speisung eines Elektromagneten Pending DE1216358B (de)

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