DE1463372C3

DE1463372C3 -

Info

Publication number: DE1463372C3
Application number: DE19511463372
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 6113 Babenhausen Andrich; Karlheinz 6200 Wiesbaden Faust
Original assignee: LIENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH 6000 FRANKFURT
Current assignee: LIENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH 6000 FRANKFURT
Priority date: 1951-01-28
Filing date: 1951-01-28
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DE1463372A1; DE1463372B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine gegen Fehler gesicherte Überwachungsanordnung für die Größe einer Spannung, bei der die zu überwachende Spannung an eine Elektrode eines Transistors geschaltet ist, der eingangsseitig mit einem vorzugsweise rechteckigen Wechselspannungs- oder Impulssignal (Taktsignal) gesteuert ist.

In der Technik ist häufig die Aufgabe gegeben, die Größe einer Spannung zu überwachen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die verschiedensten Anordnungen bekanntgeworden. So ist es z.B. bekannt, ein spannungsempfindliches Relais mit der zu überwachenden Spannung zu beaufschlagen. Sinkt die Spannung unter einen gewissen Wert, so fällt das Relais ab und gibt die Störmeldung »Spannung unterschreitet den gewünschten Wert«. Es kann nun vorkommen, daß das Relais auf Grund eines Defektes »hängen« bleibt, und dadurch dauernd meldet »die Spannung hat den gewünschten Wert«, obwohl dies gar nicht der Fall zu sein braucht; die Überwachung ist also, ebenso wie andere bekannte Spannungsüberwachungsanordnungen, nicht gegen Fehler gesichert.

Es ist bereits eine gegen innere Fehler gestützte digitalbinäre Steuerung bekannt, bei der dem logischen »L« eine Wechselspannung bzw. eine impulsförmige Spannung zugeordnet ist. Um mit der bekannten Steuerung zu überwachen, ob eine Spannung in einem bestimmten Bereich liegt, sind zumindest zusätzliche Einrichtungen erforderlich. Damit ergeben sich Probleme hinsichtlich der Sicherung der zusätzlichen Einrichtungen gegen Fehler.

Weiter ist eine gegen Fehler gesicherte Überwachungsanordnung für eine Spannung bekannt, bei der die zu überwachende Spannung an den Kollektor eines Transistors geschaltet ist, der eingangsseitig von einer Rechteckspannung angesteuert ist. Um mit der bekannten Anordnung die Größe einer Spannung zu überwachen, d. h. festzustellen, ob der Wert einer Spannung in einem bestimmten Bereich liegt, ist diese zweifach vorzusehen. Außerdem ist mit der bekannten Anordnung die Überwachung einer Spannung nicht möglich, deren Größe nur wenig von der Emitterspannung des Transistors abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen Fehler gesicherte Überwachungsanordnung für eine Spannung zu erstellen, bei der die vorstehend dargestellten Nachteile und Schwierigkeiten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs angegebenen Überwachungsanordnung dadurch gelöst, daß die zu überwachende Spannung an den Emitter des Transistors geschaltet ist, daß dem Transistor jeweils über eine Spannungsteilerschaltung ein Transistor vor- und nachgeschaltet ist und daß die Emitter der weiteren Transistoren jeweils auf einem Bezugspotential, vorzugsweise dem Potential der Nullschiene, liegen.

Der Transistor, an dessen Emitter die zu überwachende Spannung liegt, arbeitet dabei in einem nach beiden Seiten der Kennlinie aussteuerbaren Arbeitspunkt. Das Taktsignal wird von ihm nur übertragen, wenn die Spannung die vorgegebene Größe hat. Vorteihafterweise ist eine genaue, von der Größe des Taktsignals unabhängige und insbesondere nach positiven und negativen Werten getrennte Einstellung der Grenzen des für die Größe der Spannung zugelassenen Bereiches möglich. Liegt die zu prüfende Spannung außerhalb dieser Grenzen, so macht sich dies in einer Verschiebung des Arbeitspunktes bemerkbar. Dadurch kann bei einem vorgegebenen Wert der Verschiebung der Transistor durch das Taktsignal entweder nicht mehr gesperrt oder nicht mehr leitend gesteuert werden. Dies hat zur Folge, daß der Transistor nicht mehr schaltet und damit kein Taktsignal mehr überträgt. Den nachgeschalteten Einrichtungen fehlt dadurch, ebenso wie bei einem Fehler in der. Überwachungsanordnung (Leitungsunterbrechung usw.) das Steuersignal.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Überwachungsanordnung nach der Erfindung zur Überwachung des antivalenten Zustandes der beiden Kanäle einer zweikanaligen zueinander antivalent aufgebauten Steuerung ergibt sich dadurch, daß eine weitere Spannungsteilerschaltung jeweils von den

Ausgangsspannungen der beiden Kanäle gespeist wird, daß an dieser die zu überwachende Spannung abgegriffen wird und daß diese Spannung an den Emitter des Transistors geschaltet ist. Durch die Ansteuerung des Transistors am Emitter über einen Spannungsteiler wird dabei vorteilhafterweise eine doppelte Auslegung der Überwachungsanordnung vermieden. Jede Transistorstufe gestattet nämlich eine gegen Fehler geschützte Überwachung von zwei Grenzwerten einer Spannung.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Transistor zur Erläuterung des Prinzips,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, bei der die obere und die untere Uberwachungsgrenze für die zu prüfende Spannung an je einem Transistor eingestellt wird,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Steuerung, bei dem mehrere Spannungen überwacht werden.

An dem Emitter eines Transistors TrI liegt die in ihrer Größe zu überwachende Spannung Uü. Der Kollektor des Transistors, an dem der eine Anzeigebzw. Schaltvorrichtung speisende Ausgang A angeschlossen ist, ist über den Arbeitswiderstand RA 1 mit dem Minus-Pol der Versorgungsspannung UB verbunden.

Die Basis des Transistors liegt an einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R₁, i?.,. An den Eingang E wird dabei das Taktsignal gelegt.

Für die folgenden Betrachtungen zu der Fig. 1 seien der Einfachheit halber folgende Werte vorgegeben. Bei dem einen Sattel des Taktsignals möge E um 4 Volt negativer als ein Bezugspotential (Nullschiene) sein. Bei dem anderen Sattel des Taktsignals möge dagegen E dieses Bezugspotential haben. Der Spannungsteiler sei so dimensioniert, daß am Widerstand R₁ etwa 1 Volt abfällt. Der Querstrom durch den Spannungsteiler sei dabei erheblich größer als der Basisstrom. Die Basis-Emitterspannung sei vernachlässigt. Bei dem negativen Sattel des Taktsignals kann also an der Basis etwa — 3 Volt liegen, bei dem positiven Sattel (0) etwa +1 Volt.

Liegt also die zu überwachende Spannung Uü etwa zwischen +1 Volt und — 3 Volt, so überträgt der Transistor TrI das Taktsignal, da er bei dem negativen Sattel geöffnet und bei dem positiven Sattel gesperrt wird.

Ist jedoch die Spannung Uü etwas positiver als +1 Volt, so kann der Transistor nicht mehr gesperrt werden, da die Basis stets negativer als der Emitter ist; ist Uü dagegen etwas negativer als — 3 Volt, so wird er durch den Takt nicht mehr geöffnet, da die Basis stets positiver als der Emitter ist.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, bestimmt bei der Anordnung nach Fig. 1 die Amplitude des Taktsignals im wesentlichen das Intervall zwischen den beiden Grenzen, innerhalb derer, die zu überwachende Spannung liegen muß; Schwankungen im Taktsignal beeinflussen daher die Grenzen. Durch den Spannungsteiler kann dabei lediglich die Lage dieses Intervalles festgelegt werden, d. h. ob es von + IV bis -3V oder z.B. +2V bis -2V reicht.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 erlaubt dagegen, die Grenzen für die zu überwachende Spannung unabhängig voneinander und unabhängig von der Amplitude des Taktsignals einzustellen. Außerdem ist als Bezugspotential, gegenüber dem die Grenzen festgelegt werden, das O-Potential, also die Nullschiene der Schaltung gewählt, die in üblicher Weise mit dem Gehäuse bzw. der Erde verbunden ist und relativ konstantes Potential besitzt.

Die Schaltung nach F i g. 2 geht aus von der Schaltung nach F i g. 1 und sieht zunächst zusätzlich eine gleichartig aufgebaute Transistorstufe mit dem Transistor Tr 2 dem Arbeitswiderstand RA₀ und denSpannungsteilerwiderständen A₃ und R_i vor, die der Stufe mit dem Transistor TrI nachgeschaltet ist. Da das Bezugspotential das O-Potential sein soll, liegt der Emitter des Transistors Tr 2 auf O-Potential, ebenso wie der Emitter eines vorgeschalteten Transistors TrZ mit dem Arbeitswiderstand RA₃, der mit dem Taktsignal beaufschlagt wird.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g 2 ist folgende: Durch das Taktsignal, das z. B. einem astabilen Multivibrator entnommen wird, wird der Transistor Tr 3 geschaltet. Am Punkt .XT entsteht dabei ein Taktsignal, das zwischen 0 und — UB schwankt. Bei den angenommenen Werten für die Schaltung darf, wie bereits erläutert, die Spannung Uü den Wert +1 Volt gegenüber 0 nicht überschreiten, damit der Transistor TrI noch gesperrt wird. Dieser Wert, um den die Spannung nach positiven Werten hin abweichen darf, läßt sich durch den Spannungsteiler R₁, R₉ einstellen. Weicht dagegen die Spannung Uü nach negativen Werten hin ab, so ist die Transistorstufe Tr 2 maßgebend. Hat z. B. Uü den Wert — 1 Volt gegenüber 0, so hat bei den angenommenen Werten die Basis des Transistors Tr2 im leitenden Zustand von TrI den WertO, d.h. der Transistor Tr 2 wird gerade noch gesperrt. Ist dagegen Uü negativer als — 1 Volt, so kann Tr 2 nicht mehr gesperrt werden, da die Basis negativer als der Emitter ist. Der Wert für die negative Abweichung läßt sich mittels des Spannungsteilers R₃, i?₄ einstellen.

Wie der Vergleich mit der Fig. 1 zeigt, sind bei der Schaltung nach F i g. 2 bei gleicher Beschaltung die zulässigen Abweichungen ± 1 Volt gegenüber einer Differenz von 4VoIt bei der Schaltung nach Fig. 1. Die Grenzen sind damit enger und insbesondere getrennt einstellbar, da sie nicht mehr von der Taktamplitude abhängen.

Die Schaltung nach F i g. 2 läßt besonders anschaulich eine dem erfindungsgemäßen Prinzip innewohnende Gesetzmäßigkeit erkennen, die in mannigfaltiger Weise ausgenutzt werden kann. Zwei Beispiele dazu sollen im folgenden erläutert werden.

Wie bereits erwähnt, darf die zu überprüfende Spannung Uü gegenüber dem Emitter-Bezugspotential des Transistors Tr 3 etwa um 1 Volt nach positiven Werten hin abweichen. In umgekehrter Sicht darf natürlich das Emitterpotential des Transistors Tr 3 nur um etwa 1 Volt nach negativen Werten gegenüber Uü abweichen. Auf Grund dieser Tatsache läßt sich jedoch z.B. gegenseitige Überwachung von mehreren Spannungen durchführen, die jeweils an den Emitter eines Transistors geschaltet sind, wobei auch die Überwachung gegenüber dem Bezugspotential 0 erfolgen kann, wenn noch weitere Transistorstufen vorgesehen werden. Es läßt sich damit eine fehlergeschützte Überwachung mehrerer Versorgungsspannungen einer elektronischen Anlage angeben.

Ein weiteres Beispiel für obige Gesetzmäßigkeit zeigt die Schaltung nach F i g. 3,

Die Schaltung nach Fig. 3 geht aus von dem Problem, eine mehrfach vorhandene logische Schaltung auf innere Fehler zu überwachen. Es sind zu diesem Zweck in bekannter Weise jeweils zwei Kanäle S, 5 vorgesehen, die zueinander antivalente Ausgangssignale A, ~Ä liefern. Die Aufgabe ist nun, die beiden Kanäle auf Antivalenz zu überwachen. Während im bekannten Fall dazu eine logische Schaltung vorgesehen ist, wird bei der Schaltung nach F i g. 3 aus den antivalenten Ausgangssignalen eine Gleichspannung abgeleitet, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip fehlergeschützt überwacht wird.

Es ist zu diesem Zweck für zwei Kanäle ein Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R₅, R₆ bzw. R₅', R₆' bzw. R₅", R₆" vorgesehen, der von den Ausgangsspannungen der Kanäle gespeist wird.

Wenn angenommen wird, daß L den Wert — 24VoIt und O den Wert OVoIt, entspricht, so ist im ordnungsgemäßen Zustand der Kanäle, d. h. beim Vorliegen der Antivalenz, jeweils am Punkt α eine Spannung von — 12VoIt. Diese Spannung wird jeweils mit einer Anordnung nach Fig. 1 überwacht, bezüglich der es in diesem Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr bedarf. Die den einzelnen Kanalpaaren zugeordneten Stufen sind hintereinandergeschaltet, so daß eine Kette gemäß F i g. 2 entsteht. Das Bezugspotential ist im Fall der F i g. 3 jedoch nicht die Nullschiene, sondern jeweils die Spannung an den beiden benachbarten Punkten a; die nicht betrachtete zu überwachende Spannung kann in diesem Fall gleichzeitig Bezugspotential für die betrachtete zu überwachende Spannung sein, da bereits dann, wenn ein Kanal ausfällt, die gesamte Anlage abgeschaltet werden soll.

Um zu vermeiden, daß bei zulässigen Schwankungen in den Versorgungsspannungen, die Schwankungen an den Punkten α zur Folge haben, eine Fehlermeldung ausgelöst wird, ist zusätzlich ein Eingangstransistor Tr 4 und ein Ausgangstransistor Tr 5 vorgesehen. Der Transistor Tr 4 wird mit dem Taktsignal beaufschlagt, das die gesamte Kette durchläuft und beim Auftreten eines Fehlers gesperrt wird. Mittels der beiden gleich großen WiderständeR₅'" und R₆" wird aus der, die Kanäle speisenden Versorgungsspannung eine Spannung von —12 Volt abgeleitet, die am Emitter dieser beiden Transistoren liegt und einen Bezugswert vorgibt. Funktionell läßt sich dabei der Transistor TrA mit dem Transistor 7V 3 und der Transistor TrS mit dem Transistor Tr 2 der Schaltung nach F i g. 2 vergleichen. Verändert sich nun die Betriebsspannung, so verschieben sich die Emitter-Potentiale gleichsinnig, so daß eine Fehlermeldung unterbleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegen Fehler gesicherte Überwachungsanordnung für die Größe einer Spannung, bei der die zu überwachende Spannung an eine Elektrode eines Transistors geschaltet ist, der eingangseitig mit einem vorzugsweise rechteckigen Wechselspannungs- oder Impulssignal (Taktsignal) gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachende Spannung (Uii) an den Emitter des Transistors (TrI) geschaltet ist, daß dem Transistor (Tr 1) jeweils über eine Spannungsteilerschaltung (R₁; R.,; /?.,; R₄) ein Transistor (Tr3; TrI) vor- und nachgeschaltet ist und daß die Emitter der weiteren Transistoren (Tr3; Tr2) jeweils auf einem Bezugspotential, vorzugsweise dem Potential der Nullschi^ne, liegen.

2. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1, zur Überwachung des antivalenten Zustandes der beiden Kanäle (5, S) einer zweikanaligen zueinander antivalent aufgebauten Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Spannungsteilerschaltung (R.; R₆; R₅'; R₆'; R."; R₆") jeweils von den Ausgangsspannungen der beiden Kanäle (S; 5) gespeist wird, daß an dieser die zu überwachende Spannung abgegriffen wird und daß diese Spannung an den Emitter des Transistors (TrI) geschaltet ist.

3. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mehrere Spannungen zu überwachen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den weiteren Transistoren (Tr 4; TrS), deren Emitter auf einem Bezugspotential liegen, mehrere Transistoren (TrI; TrI'; TrI") über Spannungsteilerschaltungen (R₁; R₂; R₁'; R.,'; R₁"; R.,") hintereinander geschaltet sind, an deren Emitter jeweils eine der zu überwachenden Spannungen geschaltet ist.

4. Überwachungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential an einer Spannungsteilerschaltung (R₅"', R₀'") abgegriffen wird, die von der Spannung beaufschlagt wird, die auch den Spannungsteiler (R₅, R₀ . ..) für die zu überwachende Spannung speist.