DE1512677A1 - Elektronische UEberwachungs- und Verzoegerungsschaltung - Google Patents

Description

rcSeotonwälte «Ι Εξ ι ο C 7 *7

Iw ItC/ / j ~5 - JS3, ff Prnffc ■ * " ·

s&fe " -·. ^a11967

2 Hamburg 36, Neuer Well Al

The Bendix Corporation Fisher Building, Detroit, Michigan/USA

"Elektronische Überwaehungs-r und V,erzögerungs schal tung"

Die Erfindung betrifft eine elektronische Überwachungs- und Verzögerungsschaltung, insbesondere eine Schaltung zur Anzeige eines anomalen, einstellbaren Signalpegels, wobei das Signal ein Gleichstromsignal, ein periodisches oder aperiodisches Wechselstrorasignal A sein kann.

Es ist bekannt, ein Wechselstromsignal in der Größenordnung von einigen Millivolt mit einer entsprechenden, empfindlichen Anordnung zu erfassen und optisch oder akustisch anzuzeigen. Dazu kann z.B. eine Schaltung verwendet werden, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Diese enthält einen Verstärker 10 zur Verstärkung des der Quelle 12 entnommenen Signals in die Größenordnung von einigen Volt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10 wird einem Ringdemodulator Io zugeführt. Der an dessen Ausgang 18 anstehende " Gleichstrom steuert, wenn seine Größe ein bestimmtes Maß überschreitet, einen ersten Schmitt-Trigger 20, dessen Ausgangssignal auf einen HC-Kreis 25 gelangt, der zwischen dem Eingang eines zweiten .Schmitt-Triggers 27 und Hasse liegt. Dieser zweite Schmitt-Trigger 27 gibt ein verzögertes Steuersignal auf eine Alarmeinriciitung j51.

Akte: 17 955 - 2 -

909815/0846

M-" 1512877

Die Schaltung enthält außerdem eine Torschal tuns 33j·: zwischen den Ausgängen 22, 29 der beiden .Schmitt-Trigger. 20,27. :.■■.■ liegt und eine Anzahl Widerstände und Dioden enthält, die auf an sieh bekannte Art zusammengeschaltet sind und ein Kippen des zweiten Schmitt-Triggers 27 verhindern, sobald das dem Verstärker 10 zugeführte Signal unter einen Sehwellwert absinkt.

Diesem bekannten Stand der Technik gegenüber bringt die vorliegende Erfindung insofern eine wesentliche Verbesserung, als das P überwachte Signal entweder ein Gleich- oder ein periodisches oder aperiodisches Weehselstromsignal sei'.n kann, z.B. ein sinus- oder sägezahnförmiges, oder auch eine Impulsreihe *

Ob das zu überwachende Signal eine Amplitude von einigen Volt oder Millivolt aufweist, ist für dessen Nachweis dabei gleichgültig.

V/eitere Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in ihrer vielseitigen Anwendbarkeit, der Verwendbarkelt für alle Signal- ^ arten, in der Unempfindliohkeit gegenüber ausseren Störungen, in der Genauigkeit der erhaltenen Anzeige und in der Einfachheit im Vergleich zu bekannten Anordnungen.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch ersielt, daß ein Verstärker ζχλρ mit einer nur in einer Richtung v/irkenden Rückkopplung versehen ist, und Mittel zur Spannungsbegrenzung vorgesehen sind, die in der anderen Richtung die Ausgangsspannung des Verstärkers auf eine BezugsSpannungsquelle zurückführen, daß ferner die Ausgangsspannung des Verstärkers über eine Vergleiohs-

815/Ο84β

und Speicherschaltung auf einen Schwellwertdetektor gelangt, der eine Anzeigevorrichtung steuert.

An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Schaltung näher beschrieben* Darin zeigen

Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgeraaßen Schaltungsanordnung als Blockschaltbild,

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Verwendung als Analog-Digital-Wandler,

Fig. 5 eine Abwandlung der erfindungsgeraaßen Schaltung,

Fig. 6 eine weitere Abwandlung unter Verwendung eines Feldeffekt-Transistors,

Fig. 7 eine dritte Abwandlung mit einem Sehwellwert-Detektor und einer Relais-Schaltung zur Alarmauslösuns, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Signalformen, die an wichtigen Punkten der Schalturnen nach Fig. 5, 5* 6 und 7 auftivtcn.

Das zu über.;;;eilende Eingangssicii-l E₁₅ (Fig. 2) wird mit einem aus Gleichstrom bestehenden Be::ucEs\gnal verglichen und das Resultat di:nt zw.' Erregung eines Verst^rksrs 45, der einen Eingang unc ..ine positive, nui* in einer -iiciitun£ wirkende iiäck-Icopplun^. ^:X vom Ausgang auf der. Liiner.n^ 43 besitzt, wodurch, sobald di.. al^c-bi'r.iirel:·.: SiEMn; rue oi^nalEpaimun;. und 2i^u^sspannung

909815/08^6 " '⁴ "

ihre Polarität wechselt, die Ausgangsspannung des Verstärkers unverzüglich von einem Sättigungszustand in den anderen kippt und eine Impulsfolge hervorruft mit einer Wiederholungsfrequenz, die der des Signals E^ oder der Frequenz des Wechselspannungs-

signals E^ entspricht, und die eine Impulshöha entsprechend der s

Amplitude des Signals E_ aufweist.

Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Vergleichs- und Speicherschaltung, in der die Vorderflanke eines P Spannungsimpulses, die am Verstärkerausgang auftritt, fast augenblicklich einen ersten Kondensator 73 auflädt in einer Zeit von T₁ Sekunden, während er sich langsamer in der Zeit von Tp Sekunden entlädt. Dabei dient die hohe Aufladegeschwindigkeit des ersten Kondensators 73 als eine Art Steuerschalter, der eine sclmelle Unterbrechung des Entladekreises eines zweiten Kondensators 37 bewirkt, während die langsamere Entladegeschwindigkeit des ersten Kondensators dafür vorgesehen ist, daß - unter der Annahme einer kontinuierlichen Impulsfolge am Eingang des ersten Kondensators - der Entladekreis des zweiten Kondensators offen gehalten wird durch die Ladung des ersten Kondensators, wodurch der zweite Kondensator 87 weiterhin aufgeladen werden kann mit einer viel kleineren Geschwindigkeit, entsprechend T, Sekunden, bis auf ein vorbestimmtes Niveau, derart, daß eine langsame Veränderung des Zustandes einer Sohwellwerteinrichtung hervorgerufen wird, wodurch diese Schwellwerteinrichtung ebenso lange in Punktion bleibt, wie auch die Impulsfolge andauert.

Wenn jedoch die Enpulsfolge am Eingang des ersten Kondensators aufhört, entlädt closer st,'ch wahrend T₂ Sekunden und bewirkt da-

8098 15/0846

durch, daß der Schalter den Entladekreis des zweiten Kondensators 87 schließt, sobald der die Impulsfolge auslösende abnorme Wert des Signals E₃ beendet ist.

Bei einer Ausführungsart der Erfindung enthält die Schaltung eine Zener-Diode mit einer solchen Spannungscharakteristik zur Auslösung eines Sperrstroms, daß die Eingangsspannung diese kritische Auslösespannung überschreitet, ein Abfließen des Sperrstroms erfolgt über die Zener-Diode, wodurch ein Transistor in Darlington-Schaltung im Schwellwertdetektor leitend gehalten ™ wird und eine Alarmeinrichtung betätigt. Dabei ist die Darlington-Schaltung vorgesehen, um die Ladung auf dem zweiten Kondensator 87 zu halten, solange die Impulsfolge am Verstärkerausgang ansteht.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Darlington-Schaltung durch einen Feldeffekt- oder Unijunction-Transistor ersetzt, wodurch sich die Ladung auf dem zweiten Kondensator besser hält und die Schaltung einfacher wird. . |

Einige Anwendungsmöglichkeiten der erfindunssgemaßen Schaltung, jedoch nicht alle, sind:

Verwendung als Analog-Digital-Wandler hoher Genauigkeit durch Parallelschaltung mehrerer gleicher Schaltungen;

Anzeigeeinrichtung für das Auftreten von Impulsen, die gegen Strörungen weitgehend unempfindlich ist;

- 6 SÖ9Ö15/08A3

/4

Demodulator zum gleichzeitigen Anzeigen der Polarität und des Pegels eines Wechselstromausgangssignalsj

Vergleichssclialtung für bestimmte Werte, in Verbindung mit einem Vergleichsimpulse erzeugenden Generator, der zugleich einen Umschalter steuert, der den Vergleichs- und Speicherkreis periodisch einschaltet;

genauer Umwandler eines Gleichstromsignals in breitenmodulierte Impulse durch Lieferung einer Wechselspannung als Bezugsspannung ^ und einer Gleichspannung als Eingangssignal.

Weiterhin liefert die erfindungsgemäße Schaltung einen Kreis mit einem ersten Kondensator, der über einen ersten, am Eingang einer Vergleichs- und Speicherschaltung liegenden Widerstand aufgeladen wird. Dieser erste Kondensator besitzt einen Entladekreis, der von einem Transistor gesteuert wird, dessen Funktion wiederum von der Ladung eines zweiten Kondensators an dem genannten Eingang abhängt. Dieser Transistor führt die Entladung des ersten Kondensators durch öffnen oder Schließen des Entladekreises herbei in w Abhängigkeit vom Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines anomalen Signalwertes, der eine Eingangsspannung erzeugt, Die dadurch am Eingang der Vergleichs- und Speicherschaltung entstehende Impulsreihe bewirkt die relativ langsame Aufladung des ersten Kondensators in einer Zeit von T, Sekunden, wodurch ein Schwellwertdetektor ebenfalls langsam wirksam wird, und auf seiner vollen Ladespannung verbleibt,sdLange der Entladekreis durch den Steuertransistor unterbrochen ist, dessen Punktion von der Ladung auf dem zweiten Kondensator abhängig ist. Oleich nach dem Aufhören

- 7 -ÖÖ961B/O84Ö

der Impulsreihe erfolgt die Entladung des ersten Konsensators.

Weitere Einzelheiten ergeben sieh an Hand der nun folgenden Beschreibung der Zeichnung.

In Fig. 2 ist ein UND-Gatter 41 vorhanden, das die algebraische Summe aus der der Quelle 12 entnommenen Signal spannung E_c, und einer Bezugsspannung V_R, die von einer Gleichspannungsquelle 35 geliefert wird, bildet. Der negative Pol der Quelle 12 und der positive Pol der Quelle 35 liegen an Masse. ^

Die von den Quellen 12 und 35 kommenden Leitungen 13 und 15 führen über Widerstände 37 bzw. 39 zu einem gemeinsamen Punkt Kj>, an dem eine Spannung ansteht, die der algebraischen Summe aus der Signalspannung E und der Bezugsspannung Υ_Ώ entspricht. Diese resultierende Spannung gelangt auf den Eingang 48 eines Operationsverstärkers 45 bekannter Bauart.

Dieser Verstärker 45 enthält eine erste Gleichspannungsquelle 44, deren negativer Pol mit Masse und deren, positiver Pol mit dem f Verstärkerkreis verbunden ist. Außerdem enthält er eine zweite GleichspannuntiSquelle 46, deren positiver Pol mit Masse und deren negativer Pol mit dem Verstärkerkreis verbunden ist. Der Ausgang 47 des Verstärkers ist mit dem Eingang einer Verzogerungs- und Speicherschaltung 49 verbunden, deren Ausgang 5^· einen Schwellwertdetektor 53 steuert, der seinerseits über die Leitung 55 mit einer Alarm- oder Fehleranzeigeeinrichtung verbunden ist. Die der t Quelle 12 entnommene Signalspannung E₀ kann aus einer positiven,

Ö09S15/O846

BAD ORIGINAL

impulsförmigen Gleichspannung oder aus einer sinusförmigen Wechselspannung positiver oder negativer Polarität bestehen, wie es in Kurve V der Fig. 8 dargestellt ist.

Das Signal E_ wird hiter dem Widerstand 37 im Punkt 43 mit einer festen Bezugsspannung V_R verglichen, die über einen Widerstand aus der Gleichspannungsquelle 35 zugeführt wird. Der positive Pol dieser Quelle liegt an Masse, während ihr negativer Pol mit fe dem Widerstand 39 verbunden ist, dessen anderes Ende am Schaltungspunkt 43 liegt.

Die Bezugsspannung Vo kann auch positiv sein, wenn ein negatives Signal verwendet werden soll. In diesem Fall müssen alle Polaritäten also umgekehrt werden.

Die am Punkt 43 anstehende algebraische Summenspannung gelangt nun auf den Eingang 48 des Operationsverstärkers 45. Eine positive Rückkopplung enthält einen Widerstand 59, der zwischen dem Aus- * gang 47 des Verstärkers 45 und dem Schaltungspunkt 43, somit auch am Verstärkereingang 4β liegt.

Am Ausgang 47 liegt auch eine Diode 50 mit ihrer Kathode 51, während ihre Anode 52 mit Masse verbunden ist. Dadurch wird eine stets positive Rückkopplung vom Ausgang 47 auf den Eingang 48 des Verstärkers 45 über den Widerstand 59 herbeigeführt. Außerdem weist der Verstärker 45 einen zweiten Eingang 60 auf, der über

- 9 809815/0046

\lo

einen Widerstand 62 an Masse liegt. Der positive Pol der Bez-ugsspannungsquelle 35 liegt ebenso wie die Anode 52 der Diode 59 an Masse und ist somit auch mit dem Verstärkerausgang 47 verbunden. Auf diese Weise wird ein bestimmter, minimaler, negativer Pegel am Verstärkerausgang 47 aufrechterhalten, der gleich dem Spannungsabfall über der Diode 50 ist.

Wenn nun das Signal E eine bestimmte Polarität hat und in seinem absoluten Betrag die Bezugsspannung V_R in einer bestimmten Richtung überschreitet, wird die sich einstellende Ausgangsspannung über den Widerstand 59 zurückgekoppelt. Dadurch gerät der Verstärker ins Schwingen und erzeugt eine Impulsreihe an seinem Ausgang, während bei umgekehrter Polarität des Signals E₀ die Diode 50 eine Bezugsspannung solcher Richtung liefert, daß die Ausgangsspannung auf einem bestimmten minimalen, negativen Pegel gehalten .wird.

Im Schwingungsζustand liefert der Verstärker an seinem Ausgang 47 also eine positive Impulsreihe mit einer Wiederholungsfrequenz, die der des Signals E_ entspricht, wenn dieses eine anomale Amplitude aufweist und aus Gleichstromimpulsen oder Wechselstrom besteht, und mit einer Amplitude, die der des Signals E^ der Quelle entspricht.

Fig. 3 zeigt weiterhin eine Diode 6l, deren Anode 63 mit dem Verstärkerausgang 47 und deren Kathode 65 über die Leitung 67 mit dem Eingang eines besonderen RC-Kreises 69 verbunden ist. Parallel

- 10 Ö09815/0Ö4Ö

zur Diode 6l liegt ein Widerstand Jl. Diese Schaltung hat die Aufgabe, die vom Ausgang 47 kommende Impulsreihe ungehindert durchzulassen, da die Diode ja einen Stromfluß in entgegengesetzter Richtung verhindert. Der Widerstand 71 bewirkt eine Verzögerung des Stromflusses aus dem RC-Kreis 69 nach der Leitung 47» dem Operationsverstärker 4f5 und nach Masse.

Der RC-Kreis 69 enthält drei getrennte und einstellbare Zeitkonstanten. Die Vorderflanke der auf die Diode 6l gelangenden positiven Impulse bewirkt die fast sofortige Aufladung eines Kondensators 73 in der Zeit von T₁ Sekunden. Der Belag 72 des Konden-

ist ^x

sators 73/Uber die Leitung 75 mit der Leitung 67 verbunden, über die er sich infolge der positiven Impulse positiv auflädt,- während der Belag 7^ über die Leitung 77 an Nasse liegt und sich negativ auflädt.

Die Leitung 75 liegt an der Basis 8j5 eines pnp-Transistors 85· Die Leitung &J ist über einen Widerstand 89 mit der Ausgangsleitung 5k verbunden, mit der über die Leitung 91 ein Belag 88 eines zweiten Kondensators 87, dessen anderer Belag 90 an Masse liegt, und der Emitter 97 eines Transistors 85 verbunden ist, dessen Kollektor 99 wieder an Masse liegt.

Die Aufgabe des RC-Kreises 69 besteht darin, durch die Liber die Leitung 75 auf den Belag 72 gelangende positive Ladung auch die Basis 85 des Transistors 85 positiv zu machen, um diesen normalerweise im nicht-leitenden Zustand zu halten. Außerdem erfolgt die Entladung des Kondensators 73 über den Widerstand 71 in einer

- 11 -

ÖU9815/08/.Ö

BAD QRiQi

relativ langen Zeit von Tp Sekunden, und solange die Ladeimpulse kontinuierlich über die Leitung 67 anfallen, Meibt die Basis 83 genügend positiv, um den Transistor 85 im nicht-leitenden Zustand zu halten. Der V/iderstand 71 steuert also die Entladung des Kondensators 73* indem er eine schnelle Entladung verhindert, während die Diode 6l die Ladung des Kondensators steuert, wenn die auf der Leitung K¹J ankommenden positiven Impulse eine schnelle Aufladung des Kondensators 73 herbeiführen, dessen· Entladung durch die Diode 6l verhindert wird.

Der zweite Kondensator 87 lädt sich über den Widerstand 89 in einer längeren Zeit als T, Sekunden auf. Die auf seinen Belag gelangende positive Ladung nimmt solange zu, bis sie einen bestimmten Wert erreicht hat, bei dem die Schwellwerteinriclitung wirksam wird durch die positive Spannung, die ihr von der Ladung des Kondensators 87 über die Leitung 5¹I zugeführt wird» Die positive Ladung auf dem Belag 88 des Kondensators bleibt auf einer Höhe, die die Schwellwerteinriclitung 53 solange in Funktion hält, bis sich der zweite Kondensator 87, gesteuert vom Transistor 85* entlädt.

Der Transistor 35 wird leitend und ermöglicht somit die Entladung des zv/eiten Kondensators 87* sobald der anomale Signalwert E , der die Impulsreihe auf der Leitung 6j verursacht hat, verschwindet: Wenn die Impulse auf der Leitung &J aufhören, entlädt sich der erste Kondensator 73 über den V/iderstand 71 und den Verstärker 45 nach Lasse. Das Verschwinden der Ladung des Konden-

- 12 -

9098 15/08*6 <-■-' ^^SMhL

sator 75 macht den Transistor 35 leitend, und der zweite Kondensator 37 entladt sich über Emitter 97 und Kollektor 99 des Transistors nach Masse.

Die üehwellwerteinrichtunp; 53 enthält eine Zener-Diode 105, deren Kathode 107 mit der Eingcngsklemme 5^ verbunden ist, während ihre Anode über die Leitung 111 zur Basic 113* eines npn-Transistors i'uhrt luiO- eine sog· Darlington-Sohp.lti.uii;. bildet. Zwischen eier Leimung Hl itii·'⁷ i-ic.sse liegt v.lu ',/iderstand Hf. Die Zener-Dloc.c ^ weint einen Schwell- oder Durchbruchwert auf, oberhalb design cta Strom in der normalen/eise gesperrten Pachtung zu fließen beginnt.

Außerdem hat eine solche Diode in de r Rückwärtsrichtung eine konstante Spannungsschwelle, unterhalb der sie nicht-leitend und oberhalb der sie leitend ist und eine nahezu konstante Impedanz darstellt, solange sie leitet.

In dieser Darlington-Schaltung liegt der Transistor 115 an seinem k Kollektor 125 an der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle 129, deren negative Klemme an Masse liegt. Sein Emitter 133 ist über einen Widerstand 135 mit der Basis 137 eines zweiten npn-Transistors 139 verbunden. Dieser zweite Transistor enthält einen Kollektor l4l, der über einen Widerstand 1^5 an der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle 129 liegt, sein Emitter 150 ist mit Hasse verbunden. Die Ausgangsleitung 55 verbindet den Kollektor 1^1 mit einer Alarmeinrichtung 57.

- 13 £09815/0848

Wie bereits erwähnt, weist die Zener-Diode 105 eine Druchbruchspannung auf, bei der ein Rückwärtsstrom zu fließen beginnt, und das erfolgt, sobald die positive Ladung auf dem Belag 88 des Kondensators 87 einen bestimmten Wert erreicht hat. Dieser Strom fließt von der Leitung 54 über die Diode zur Leitung 111 und von da über den Widerstand 119 nach Masse. Dabei entsteht an der Basis 113 des npn-Transistors 115 eine positive Spannung, wodurch dieser leitend wird. Das hat eine positive Spannung an der Basis 137 eines zweiten npn-Transistors 1^9 zur Folge, der zweite Transistor 139 wird leitend. Die auf der Leitung 55 herrschende positive Spannung fällt rasch ab und setzt somit die Alarrneinrichtung 57 in Betrieb.

Die Darlington-Schaltung hat im wesentlichen die Aufgabe, die Ladung auf dem zweiten Kondensator 87 solange zu halten, wie auf der Leitung 67 die Impulsreihe besteht. Nach dem Aufhören des anomalen Wertes des Signals E_ entlädt sich der zweite Kon-

densator 87 sofort über den Transistor 85, die positive-Spannung, die über die Zener-Diode 105 auf die Basis lljj des Transistors gelangt ist, hört auf, wodurch die beiden Transistoren II5 und wieder nicht-leitend werden. Die Spannung auf der Leitung 55 steigt erneut an, und die Alarmeinrichtung 57 tritt wieder außer Funktion.

Fig. k zeigt einen Analog-Digital-Wandler, in dem je eine Schaltung wie nach Fig. 3 für jedes der drei dort schematisch dargestellten Niveaus verwendet wird. Die den Elementen der Fig. 3 entsprechenden

- 14 -

009815/0846

Elemente tragen die gleichen Bezugszeichen mit den zusätzlichen Indices A, B, C. In der Schaltung nach Pig. 4 ist jeder der Kreise dazu bestimmt, ein Gleichstrom- oder Wechselstromsignal mit hoher Genauigkeit in ein digitales Signal umzuwandeln. So ist zum Beispiel die Spannungsquelle 35A für eine relativ niedrige Spannung V„,, die Quelle 35B für eine etwas höhere Spannung V„_o, und die Quelle 350 für eine noch höhere Spannung V_R, vorgesehen. Die Alarm- oder Fehleranzeigeeinrichtungen 57A, 57B, 57C werden also bei verschiedenen, analogen und der Signalquelle entstammenden Spannungen ansprechen und diese analogen Spannungen in digitale Werte umsetzen, die von den Anzeigegeräten 57A, 57Bj 570 digital angezeigt werden.

Selbstverständlich sind die drei in Fig. 4 gezeigten Kreise nur ein Beispiel; je nach vorliegender Aufgabe können auch mehr oder weniger Kreise verwendet v/erden.

In der Schaltung nach Fig. 5 entsprechen die Bezugszeichen denen nach den Fig. 2 und 3. Ein Taktpulsgenerator 325 steuert einen Transistorschalter 302, durch den die Vergleichs- und Speicherschaltung 49 periodisch eingeschaltet wird und die eingegebenen Werte vergleicht. Der Ausgang der Signalquelle 12 ist über die Reihenschaltung der Widerstände 304 und 37 mit der Eingangsieitung 43 des Operationsverstärkers 45 verbunden. Der Emitter 307 eines pnp.-Transistors 302 liegt am Verbindungspunkt 13 der beiden Widerstände 304 und 37· Sein Kollektor 312 liegt an Masse,und seine

- 15 909815/0846

Basis JlH -^;-st mit <*k,v negativ;.-π Klemme ch··.:¹ Glic quelle 320 Ίο;:j? ο!^·.η 1/iderctr.iK» 318 vc-v.j :nien. oolanjc ncin^ Basis nrri-i/Lv vor/ ·-. -spannt ict, .':; 0 der 'xV;: nc ic-tor J,ü2 leitend vu id soli.'!, i'.r-j', t das von der φι el .le· 12 i-oum. ntV Signal E nach Lacöc

i/o Lteiv-'..;; ist die positive klemme r.ls Tai.tpulr^oni.¹'· tor¹ 325 über

inoii :,^r;.(i·..:, traic" 329 mit de·:¹ Bas /'s 314 <.^: ..-i Transiotoi'r: pC2 vgi¹-ij.niderij \/ährend ihr- negative Kter.n.ic an Matse li(:-;_ t. Ιλ".ο ?: ;^ uuin Generator 325 l:omncnuen po; it\vj:< li-ipulnc Gpcn'x¹;.;: den Tran-Gistor 302 \.'hrö-;iC der Drucr . ■..'■. ;j:'d.^;r_: li.ivulrorj vr..-" :i^:-..-tz.en :^;:u- ί,.1'.ich d-i, üfbri.gen ivVelo in. I⁷i;.·'· .i^.oij -.'.ι -.\\ί> .■.;.::; (J^r ■.■ΡΛ.ί.ΙΙί; .Γ-2 ;■; t'D.hirneD'- ·'' ■■■.',. £ ■ ·. ν·.:ΐγ';]. ■:: V.·' .·,.;, .V-:.iiv: ;''j.l.y r. I-; ,■ ■> i ν ■■ ι <.l.i·.; -icho. I '--JrV Λΐίΐ.οΐ:,- F:i.( ,. 5 ■■ '■:■■■■■:'"> ·"'■■ ^; Γ ^·:λ/ο '.■ ■■'; ':■-. ^r.r.\-'· 'V;;'.; ;■■ ¹J.-/ ■ h;-· ;.';'-itji:';;c;^:·.! ■■ i.'uri^ in v'e:.--i;j..j.;'...._.,;■ ,,·^; ■, ο:^!.nöl' 'Oi ^:'iJ. ;m'..!■:■". i ■ :.:'ί,: ■ ί ^:,."·!.ι·:.·.'.'γ· ·^!.·..·:; oor.o..·.-■

Line: t?.l5GCJ '... V ■ ".'.ν.::..·. ·/ ;./i/;r.j,.rc. .i...., :' -., o,■■:'<' ..';·./■:..: '.-/.λ, j ·.■■". G π t.''j.,^r-;* 3 ■".it die· /:■;. ί-. '■'?:·■■■. /■/,.-.'::.'"^: voj· G-" . /o'¹ './'/!'oruilf Ό;^:.] -;O "j/·:¹ !·."¹O:' ton··

/ I- ·ν.« ' trr^: .·:: eic Elenei;.tc c:U^:. fP.cr / er;t£prc c :> .-; ^ ;/;u liiei-iewte ;..n. Ji^₄, 3·

- lc -

■I"» ■

§098 15/0846 ^f '

ist in dem Schwellwertdetektor 53 der Transistor 115 der Darlingtonschaltung durch einen Feldeffekt- oder Unijunotion-Transisfcor 40Q ersetzt.

Der Feldeffekttransistor hat eine Kollektorelektrode 402, die über einen Widerstand 4θβ mit der positiven Klemme einer Gleiohßpannungsquelle 129 verbunden ist, deren negative Klemme an Masse liegt. Seine Emitter-Elektrode 410 liegt an der Kathode 412 einer Zener-Diode 4l4, deren Anode 4l6 ebenfalls an Masse liegt. Sohließlioh ist die Gat-Elektrode 420 direkt mit der Ausgangeleitung 54 des RO-Kreises 69 verbunden und über einen Widerstand 421 an Masse gelegt. Außerdem ist die Kathode 412 der Zener-Diode 4l4 mit der positiven Klemme der Oleichspannungsquelle 129 über einen Widerstand 422 verbunden, wodurch der Strom der Quelle 129 über die Kathode der Diode naoh Masse fließen kann. Die Kathode 412 der Diode 4l4 ist positiv vorgespannt, wodurch eine Bezugsspannung entsteht, die den Feldeffekt-Traneistor 400 solange gesperrt hält, wie die auf dem Belag 88 dee Kondensators befind· Hohe positive Ladung unterhalb eines bestimmten kritischen Wertes bleibt.

Sobald jedoch diese positive Ladung über den kritischen Wert angestiegen ist, nimmt die positive Spannung an der Gat-Elektrode 420 zu, bis der Transistor 400 leitend wird.

Die Zener-Diode 4l4 besitzt eine bestimmte Durchbruchspannung, die, sobald die Leitfähigkeit des Transistors 400 groß genug geworden

- 17 ÖÖ9815/OÖ40

ist, das Abfließen des Stromes durch sie in Rüokwärtsrichtung ermöglicht. Dadurch wird der Transistor 400 von seinem Kollektor zu seinem Emitter 410 leitend.

Die Tatsache, daß der Strom durch den Transistor fließt, führt zu einem Abfallen der positiven Spannung, die auf der mit dem Kollektor 402 verbundenen Leitung 425 herrscht, und auch am Widerstand 427, der mit der Basis 4^1 des npn-Transistors 4^1 verbunden ist. Diese Basis ist außerdem über einen Widerstand 465 mit m der negativen Klemme einer Gleichspannungsquelle 4^9 verbunden, deren positive Klemme an Masse liegt. Solange der Feldeffekt-Transistor 400 leitend ist, sperrt das Absinken der an der Basis 4jl des Transistors 4^5 liegenden positiven Spannung diesen Transistor. Sein Emitter 445 liegt an Masse, während sein Kollektor 44^ mit der Wicklung eines Relais 450 verbunden ist, deren anderes Ende an der positiven Klemme einer Gleiohspannungsquelle ' 455 Hegt, deren negative Klemme mit Masse verbunden ist. : Die Heiaiswicklung 450 betätigt den Relaisanker 457, sobald der ! Magnet erregt wird, und öffnet den Steuerkreis für die Alarmein- · ^! * heit 453. Sobald der Magnet entregt wird, fällt der Anker ab, schließt den Stromkreis und setzt die aus der Gleichspannungsquelle 460 gespeiste Alarmeinheit 458 in Funktion. Solange der \ Feldeffekt-Transistor 400 leitend ist, ist der Transistor 4^5 nicht-leitend. Die Relaiswicklung 450 ist nicht erregt und die Alarmeinheit 458 ist in Betrieb. j

Die Bezugsspannungsquelle 535 in der Ausführung nach den Fig. β und 7 unterscheidet sich von der Eingangsspannungsquelle 55 dadurch,

Ö09Ö1S/06A8 " ¹⁸ "

daß die positive Klemme 557 der Gleichspannungsquelle 555 über einen Widerstand 62 mit dem Eingang 60 des Operationsverstärkers direkter verbunden Ist als mit dessen Eingang 48, während eine seiner negativen Klemmen 538 an Masse liegt. Die Bezugsspannungsquelle 535 enthält eine Gleichspannungsquelle 539* deren negative Klemme an Masse liegt, während die positive Klemme über einen Widerstand 54l mit der Kathode 545 einer Zener-Diode 547 verbunden ist. Die Anode 549 der Zener-Diode liegt an Masse. Die beiden Widerstände 551 und 553 bilden einen Spannungsteiler und liegen in Reihe zwischen der Kathode 545 der Zener-Diode und Masse. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 551 und 553 Hegt an der positiven Klemme 537. Die Durchbruchspannung der Zener-Diode 547 liegt etwas unterhalb der Ausgangsspannung der Quelle 539, und diese hat die Aufgabe, die Spannung am Punkt 537 zu bestimmen, und zwar dadurch, daß diese Spannung durch den Spannungsteiler auf einen geeigneten, bestimmten Wert reduziert wird.

Die Alarmeinheit nach Fig. 7 enthält einen weiteren npn-Transistor βΟΟ, dessen Basis 602 an der Ausgangsleitung 55 der Schwellwertstufe 53 liegt. Sein Emitter 6θ4 liegt an Masse, während der Kollektor 608 mit der Erregerspule 612 des Relais und von da mit der positiven Klemme der Quelle βίβ verbunden ist, deren negative Klemme an Masse liegt.

Die Spule 612 des Relais schließt über eine unter Federkraft stehende Ankerplatte 620 einen Ruhekontakt .622, solange sie nicht erregt ist. Die Ankerplatte 620 ist außerdem mit der positiven Klemme

- 19 '009816/0846

einer Quelle 627 verbunden, deren negative Klemme an Masse liegt. Der feste Kontakt 622 ist mit der Alarmeinheit 6j>l verbunden.

Die Wirkung der Alarmeinheit 57 besteht darin, daß während normaler Punktionsbedingungen eine Spannung an der Basis 602 des Transistors 600 gehalten wird, die diesen leitend macht. Die Spule 612 ist erregt und die Ankerplatte 620 vom festen Kontakt 622 getrennt, wodurch der Alarmkreis unterkrochen ist.

Sobald ein Signal E_e mit anomalem Wert auftritt, fällt die an der Basis des Transistors 600 liegende Spannung plötzlich ab und macht den Transistor nicht-leitend. Die Spule 612 wird entregt und die Ankerplatte 620 schließt den Erregerkreis eier Alarmeinheit 63I« Dasselbe passiert, wenn in einer der Quellen 6l6, 129, 539* 535 oder §£ ein Fehler auftritt, was eine große Betriebssicherheit gewährleistet.

Die Funktion der Vergleichs- und Speicherschaltung nach den Fig. Z>* 6 und 7 läßt sich an Hand der Fig. 8 besser verstehen, die die Schwingungsformen an wichtigen Schaltungspunkten zeigt.

Das mit V bezeichnete Signal auf der Ausgangsleitung IJ der Quelle 12 ist in Fig. 8 als sinusförmiges Weohselstromsignal dargestellt mit unterschiedlicher Amplitude, zweimal mit einer einem Fehler entsprechenden und einmal mit einer dem richtigen Zustand entsprechenden Amplitude.

Ein Vergleich zwischen den Schwingungsformen V und V,in Fig. 8 zeigt, daß, solange das auf der Leitung IJ erscheinende Signal

BAD ■-;,;,...-.-iAL - 20 1 909815/08^6

einem fehlerhaften Zustand entspricht, d.h. einem anomalen Signalwert, die positiven Halbwellen die X-Achse, die der Bezugsspannung aus den Quellen 35 (Fig. 3) und 535 (Pig. 6,7) entspricht, überschreiten. Der Verstärker 45 erzeugt Impulse mit positiver Spannung V, auf seiner Ausgangsleitung 47. Diese Impulse haben eine Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Wechselstromsignals V entspricht und deren Breite proportional der Amplitude des Signals E_ ist.

Unter ähnlichen Bedingungen einer fehlerhaften Funktion werden die. auf die Leitung 47 gelangenden positiven Bnpulse V₁ über die Diode 61 geleitet, wodurch positive Itopulse mit einer sägezahnfönnigen Spitze Vg auf der Leitung 67 entstehen. Diese bewirken ein schnelles Aufladen des Kondensators 73 durch Aufbringen einer positiven Spannung auf die Basis 83 des Transistors 85, woduroh dieser nloht-IeItend wird.

Die positive Schwingung Vp, die tatsächlich eine positive Spannung ist, bewirkt außerdem über den Widerstand 89 eine zeitlich verschobene Ladung des zweiten Kondensators 87 durch Speicherung der Ladung auf dem Belag 88, wie die Kurve V, in Fig. 8 zeigt, und die auf der Aüsgangsleitung 54 erscheint. Die positive Ladung V, baut sich mit einer durch den Widerstand 89 und den Kondensator 87 bestimmten Verzögerung auf, wenn sie den Ansprechpegel des Schwellwertdetektors 53 erreicht und diesen in Funktion setzt, der seinerseits mit Bnpulsen V^ die Alarmeinheit 57 steuert. Sobald der Fehler

- 21·- 00981-5/0840

behoben ist, nehmen die positiven Halbwellen des Wechselstromsignals V eine Amplitude an, die die X-Achse nicht mehr überschreitet und der Spannung der Bezugsquelle entspricht. Da jedoch die resultierende algebraische Summe auf der Leitung 43 weiterhin einen von der negativen Klemme der Bezugsquelle bestimmten Wert hat, wird die Ausgangsspannung auf der Leitung 47 durch die Diode 50 auf ein minimales, bestimmtes negatives Niveau begrenzt durch den Spannungsabfall in der Diode 50, solange während des normalen Betriebszustandes keine Ladeimpulse V₁ auf der Ausgangsleitung 47 auftreten.

Während normaler Betriebsbedingungen beginnt der positiv aufgeladene Belag 72 des Kondensators 73 sich über den Widerstand Jl und den Verstärker 45 nach Masse zu entladen. Der Spannungsabfall der positiven Schwingungen Vp und die Entladung des Kondensators 73 setzen die positive Spannung an der Basis 83 des pnp-Transistors herab, bis dieser leitend wird und die Entladung des Kondensators über den Transistor 85 nach Masse ermöglicht. Die Spannung V^ fällt rasch ab und beendet die Alarmimpulse Vj₁.

Patentansprüche

- 22 -

981 S /08A β

Claims (1)

15ί2677

Patentansprüche

1.} Elektronische Überwachungs- und Verzögerungsschaltung zur Anzeige eines anomalen, einstellbaren Signalpegels, wobei das Signal ein Gleichstromsignal, ein periodisches oder aperiodisches Wechselstromsignal sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (45) mit einer nur in einer Richtung wirkenden Rückkopplung (59) versehen ist, und Mittel (50) zur Spannungsbegrenzung vorgesehen sind, die in der anderen Richtung die Ausgangsspannung des Verstärkers auf eine Bezugsspannungsquelle (35* 535) zurückführen, daß ferner die Ausgangsspannung des Verstärkers (45) über eine Vergleichs- und Speicherschaltung (49) auf einen Schwellviertdetektor (53) gelangt, der eine Anzeigevorrichtung (57* 458) steuert.

2-. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser Anordnungen zusammengeschaltet sind, denen eine analoge Eingangsspannung zugeführt und eine digitale Ausgangsspannung entnommen wird und die zugehörigen Bezugsspannungsquellen (35A, 35B, 35c) auf getrennte, verschiedene Signalpegel einstellbar sind (Flg. 4).

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktpulsgenerator (325) und ein von diesem betätigter Steuerschalter (302) vorgesehen sind, dessen Ausgangsklemme (305) an einem Punkt (13) zwischen der Quelle (12) des zu überwachenden Signals und der Bezugsspannungsquelle (35) angeschlossen ist (Fig. 5).

90981 S70846

-4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Rückkopplung aus einem von einer Ausgangsklemme des Verstärkers zu einer seiner Eingangsklemmen führenden Widerstand (59) und die Mittel zur Spannungsbegrenzung aus einem Gleichrichterelement (50) bestehen.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs- und Speicherschaltung (49) enthält einen ersten (73) und einen zweiten (87) Kondensator, die mit Je einem Anschluß an den Enden eines Widerstandes (89) und mit ihren anderen Anschlüssen an Masse (77* 9'j>) liegen, ferner Schaltmittel (85) mit drei Elektroden^ von denen zwei (72, 88) ebenfalls mit den Enden des Widerstandes (89) und die dritte (99) mit Masse verbunden sind (Fig. 3)·

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis j, daduroh gekennzeichnet, daß die Eingangskiemrae (67) des genannten Widerstandes (89) mit der Ausgangßklerame (47) des Verstärkers (45) über die Parallelschaltung eines aieiohriohterelementes (6l) und eines Widerstandes (7I) verbunden ist, und daß das genannte Gleichrichterelement derart gepolt ist, daß der erste Kondensator (73) schnell aufgeladen wird und der Widerstand (71) dessen Entladung verzögert.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertdetektor (53) enthält ein Gleichrichterelement (105) mit einem relativ konstanten

- 24 909815/0846

Schwellwert, unterhalb dessen es in Sperriohtung nioht-leitend und oberhalb dessen es in Sperriohtung leitend ist, und daß dieses Element zwischen der Ausgangskiemme des genannten Widerstandes (89) und dem Eingang einer Darlington-Sohaltung (115* 139) liegt, deren Ausgang (55) mit einer Alarmeinriohtung (57) verbunden ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Darlington-Schaltung zwei Transistoren (115* 159) gleichen P Typs enthält, deren Kollektoren (125* l4l) mit einer gemeinsamen Oleichspannungsquelle (129) verbunden ist, und die Basis des ersten Transistors (115) an der Ausgangsklemme des öleichriohterelementes (105) liegt.

9· Schaltung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertdetektor (53) enthält eine etromsteuervör« richtung (400, Fig. 6) und ein Oleiohrichterelement (4l4) mit

\ einem im wesentlichen konstanten Schwellwert, χω& die.Strom·· '

steuervorrichtung (400) und das aieiohrichterelement (4l4)

derart an die Ausgangskiemme der Vergleichs- und Speicherschaltung (49) angeschlossen sind, daß die Stromsteuervorrichtung (400) gezündet wird durch den das Gleichrichterelement (4l4) durchfließenden Sperrstrom infolge der auf den zweiten Kondensator (87) gelangenden und einen bestimmten Sohwellwert überschreitenden Ladung, und daß eine überwachungsschaltung • (435* 450, 457, 458) auf das Zünden der Stromsteuervorrichtung (400) anspricht.

909815/084S

.-25 -

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuervorrichtung aus einem Feldeffekt- oder Unijunktion-Transistor (400) besteht, dessen Gat-Anschluß (gate, 420) mit dem Ausgang des genannten Widerstandes (89)* dessen Emitter-Anschluß (source, 4lO) über das genannte Gleichrichterelement (4l4) mit Masse, und dessen Kollektoranschluß (drain, 402) mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, und der dem

Emitter-Anschluß (4lO) und dem Gleichrichterelement (4l4) gemeinsame Punkt über einen weiteren Widerstand (422) ebenfalls mit der Gleichspannungsquelle (129) verbunden ist. ,

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertdetektors mit einem ein Relais (450, 457, 612, 620) steuernden Transistor (435, 600) verbunden ist, welches Relais eine Alarm- oder Fehleranzeigevorrichtung (458, 6jl) betätigt (Fig. 6, 7).

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn- ,

i zeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle (555) enthält die Parallelschaltung einer Zener-Diode (547), einer Gleiohspannungs quelle (559) und zweier Spannungsteilerwiderstände (551* 553}* daß die Zener-Spannung etwas unterhalb der Spannung der Gleichspannungsquelle (539) liegt, und daß der Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände (551, 553) mit einer Eingangsklemme (60) des RUokkopplungsverstärkers (45) verbunden ist.

- 26 -

009815/0846

Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle (;55* 535) ein Wechselstromsignal und die tjberwachungssignalquelle (12) ein Gleichstromsignal liefern.

809315/0846