DE1588325A1

DE1588325A1 - Ausloeseschaltung eines Schwellenwertschalters

Info

Publication number: DE1588325A1
Application number: DE19671588325
Authority: DE
Inventors: Taub Daniel Matthew
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-02-12
Filing date: 1967-02-10
Publication date: 1970-09-17
Also published as: DE1588325B2; GB1134704A; FR1511850A; DE1588325C3; JPS4424651B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung -zur Auslösung eines Schwellenwertschalters, der oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes in den leitenden Zustand gelangt.

Schaltungen dieser Art werden in einfachster Weise durch mechanisch betätigbare Schaltungsanordnungen realisiert, die aber den Nachteil besitzen, daß eine nicht zu vernachlässigende mechanische Energie für den Schaltvorgang als solchen aufgewendet werden muß. Eine weitere einfache Möglichkeit für eine Schaltungsanordnung der genannten Art besteht darin, daß eine Photozelle verwendet wird, um den Schwellenwertschalter auszulösen. Eine solche Schaltungsanordnung hat für manche Verwendungszwecke den Nachteil, daß der Schaltvorgang ausgelöst wird,unabhängig davon, in welcher Entfernung von der Photozelle der zur Auslösung dienende Lichtstrahl beeinflußt wird. Dies hat zur Folge

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daß eine ungewollte Auslösung stattfinden kann, bzw. eine erhöhte Störanfälligkeit gegeben ist, wenn andere Umgebungseinflüsse nicht hinreichend abgeschirmt werden können. Diese Nachteile, die sich im übrigen nicht in allen Fällen vermeiden lassen, können zwar mit einem mehr oder weniger großen Aufwand vermieden werden, die Betriebssicherheit als solche ist aber nicht in allen Fällen und in jeder Hinsicht voll gewährleistet. Es sind weiterhin Anordnungen beschrieben, die durch bloßes Berühren einer Taste betätigt werden. Hierbei ist aber der Nachteil zu verzeichnen, daß hohe Wechselspannungen gegenüber Erde zur Auslösung des Schaltvorgangs dienen, so daß sich Schwierigkeiten ergeben, wenn eine solche Schaltungsanordnung zur Auslösung von Schwellenwertscteltern dienen, die mit Transistoren bestückt sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine äußerst einfache Schaltungsanordnung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an den Schwellenwertschalter angeschlossener Ladekondensator anderseits mit zvie±_f je eine zueinander entgegengesetzt gepolte Diode enthaltendenStrompfadenverbunden ist, wovon der erste zur Aufladung des Ladekondensators mit Hilfe von Signalen entsprechender Polarität eine gegenüber der Signaldauer große Zeitkonstante besitzt, während der zweite Strompfad durch Wirksamwerden von jeweils im Anschluß an die Ladesignale auftrtende Signale entgegengesetzter Polarität zur Entladung des Ladekondensators dient, so daß zur Unterbrechung des Entladevorganges und da-

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mit zur Auslösung des Schwellenwertschalters eine Auslösekapazität ausreichender Zeitkonstante über die Diode des zweiten Strompfads parallel zum Ladekondensator in Wirkung gebracht werden kann.

Die Auslösekapazität läßt sich nun in verschiedener Weise in Wirkung bringen. Eine Möglichkeit besteht darin, daß die kapazitive Wirkung
durch einen in entsprechender Weise vorübergleitendeη Gegenstand ausgelöst wird, während eine weitere Möglichkeit durch direkte oder indirekte, nämlich über eine entsprechendes Dielektrikum, Berührung gegeben ist. Eine vorteilhafte Anwendung der zulötzt genannten Möglichkeit besteht beim Aufbau eines Tastenfeldes, bei dem sich dann der weitere Vorteil ergibt, daß eine ausreichende Betriebssicherheit gewährleistet ist, weil kein Ausfall beweglicher Tastenteile zu befürchten ist. Wird dabei in an sich bekannter Weise der Schwellenwertschalter gleichzeitig als Speichermittel und als Anzeigevorrichtung gestaltet, wie es
z. B. bei Verwendung einer Relai&röhre ■ r ¹^aIl ist, dann wird der
Schaltungsaufbau unter Verwendung der erfindungsg^näßen Anordnung gegenüber bisher weitgehend vereinfacht.

Erfindungsgemäß können die beiden Strompfade je an eine besondere Impulsquelle oder an eine gemeinsame Impulsquelle zur Lieferung der erforderlichen Signale angeschlossen sein. Im ersten Falle wird die Impulsdauer zweckmäßigerweise kleiner als die Impulspause gewählt. Zur Bereitstellung der entsprechenden Zeitkonstanten ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in beiden Strompfaden jeweils ein Widerstand des gleichen Werts in Serie mit der jeweils zugeordne-

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ten Diode geschaltet.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist dann bei Anwendung einer gemeinsamen Impulsquelle der Widerstand des zweiten Strompfads mit einer dritten Diode überbrückt, deren Polung entgegengesetzt der der Diode des zweiten Strompfads ist. Das Tastverhältnis wird in diesem Falle vorteilhafter Weise für die zugeführten Impulse gleich eins gewählt.

W.itere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,

Fig. 3 ein zweites Schaltungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

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In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im gestrichelt gezeichneten Rechteck 1 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung dient dabei beispielsweise als Zündschaltung für den Starter einer Relaisröhre 2. Unter Relaisröhre wird hierbei eine gasgefüllte Röhre mit kalter Kathode bezeichnet. Die zur Auslösung dieser Schaltung dienende Taste ist zwar nicht besonders dargestellt, stellt aber eine Klemme oder dergleichen dar, die direkt oder über ein besonderes Dielektrikum mit dem Punkt 3 verbunden ist, und die zur Betätigung vom Bedienenden berührt wird. Die bei einer solchen Berührung dann wirksam werdende Kapazität ist durch den gestrichelt gezeichneten Kondensator 4 dargestellt, der einerseits über die gestrichelt gezeichnete Leitung mit dem Punkt 3 verbunden ist und zum anderen an Erde liegt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dabei so ausgelegt, daß eine Ausgangsspannung am Punkt 14 entsteht, wenn der Bedienende die mit dem Punkt 3 in Verbindung stehende Klemme berührt, so daß dann die Relaisröhre 2 eingeschaltet wird, die dann ihrerseits die Taste beleuchtet, um so anzuzeigen, daß diese Taste betätigt worden ist.

Die Schaltungsanordnung weist fernerhin zwei Strompfade auf, die einerseits mit der Klemme 5 und andererseits mit einer Platte eines Ladekondensators 6 verbunden sind. Ein Strompfad enthält dabei in Serienschaltung einen Widerstand 7 und eine Diode 8, die so gepolt ist, daß positive Signale von der Klemme 5 auf den Kondensator 6 übertragen werden. Der andere Strompfad enthält in Serienschaltung einen Widerstand 9 und eine Diode 10, die so gepolt ist, daß positive Signale von dem Kondensator 6 auf die Klemme 5 übertragen werden.

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Wie im Impulsdiagranun nach Pig. 2a gezeigt, wird der Klemme 5 ein Rechteckimpuls zugeführt. Das Tastverhältnis der Rechteckimpulsfolge besitzt den Wert 1 und eine Periode der Dauer T. Die Werte der Widerstände 7 und 9 sind gleich und die Zeitkonstante des Kondensators 4 im Zusammenwirken mit einem der Widerstände 7 oder 9 ist groß im VeigLeich zur Periodendauer T" des Rechteckimpulses. Während der positiven Halbperiode T.. des Rechteckimpulses fließt ein Strom durch den ersten Strompfad über den Widerstand 7 und die Diode 8, so daß der

es Kondensator 6 eine kleine Ladung erhält, fließt hingegen kein Strom über den zweiten Strompfad, da die Diode 10 in diesem Falle in Sperrrichtung gepolt ist. Während der nächsten Halbperiode 7"₂ ist der angelegte Rechteckimpuls negativ, so daß die Verhältnisse umgekehrt sind; der Kondensator 6 entlädt sich dann über die Diode 10 und den Widerstand 9, während die Diode 8 jetzt in Sperrichtung gepolt ist. Damit wird somit erreicht, daß der Kondensator 6 nicht vollständig aufgeladen wird. Wird nun berücksichtigt, daß der Wert der Vorspannung so gewählt ist, daß die Relaisröhre 2 ohne weiteres nichtjzünden kann, dann wird unter diesen Voraussetzungen der nichtleitende Zustand der Relaisröhre 2 aufrechterhalten.

Wird nun aber die mit dem Punkt 3 in Verbindung stehende Klemme berührt, dann wird der zweite Strompfad,der ja den Entladepfad des Kondensators 6 darstellt, zum mindesten zeitweise blockiert, so daß das Potential am Kondensator 6 genügend hoch ansteigen kann, um die Relaisröhre 2 zu zünden. Dieser Vorgang läßt sich am besten mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten Impulsdiagramme erläutern. Während der positi-

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ven Halbperiode des angelegten Rechteckimpulses, d. h. während des Zeitintervalls T., wird der Kondensator 6 wie zuvor aufgeladen. In diesem Zeitabschnitt fließt aber außerdem ein Strom durch den Widerstand 9 oder wie in Fig. 1 gezeigt, durch den Widerstand 9 und die Diode 11, um den symbolisch angedeuteten Kondensator 4,der durch die Berührung des Bedienenden an der mit dem Punkt 3 verbundenen Klemme gebildet wird, aufzuladen. Die Ladezeitkonstante dieser Kapazität 4 ist klein, so daß die Ladespannung relativ rasch auf den Vorspannungswert +V ansteigt und damit eine Sperrspannung an die Diode 10 angelegt wird. Während der negativen Halbperiode des angelegten Rechteckimpulses, d. h. während des Zeitabschnittes T^, kann dann die Entladung des Kondensators 6 nicht einsetzen, bis die Diode10 wieder in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Dies hinwiederum kann nicht eintreten, bis sich die Kapazität 4 in ausreichendem Maße über den Widerstand 9 entladen hat, wobei zu beiü cksichtigen ist, daß die Diode 11 weiterhin in Sperrichtung vorgespannt bleibt. Das Berühren der mit dem Punkt 3 verbundenen Klemme seitens des Bedienenden hat demnach zur Folge, daß der Zeitabschnitt,während dem der Kondensator 6 entladen werden kann, verringert wird. Die Ladespannung des Kondensators 6 steigt also an, bis der im Zeitabschnitt Tj erreichte Wert exakt im Gleichgewicht mit der Entladung während des Zeitabschnittes T₃ ist. Der Jeweilige Verlauf der Ladespannung über dem symbolisch dargestellten Kondensator 4 und dem Ladekondensator 6 ist in Fig. 2b bzw. Fig. 2c dargestellt. Die Spannung V_t ist dabei die am Punkt 14 auftretende Spannung.

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In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß zwei getrennte Eingangsklemmeη 12, T^ zur Zuführung von Rechteckimpulsen vorgesehen sind, die dabei Jeweils einem Strompfad zugeordnet sind. Aus den links davon gezeigten Impulsdiagrammen geht hervor, daß diese Impulse zwischen zwei Potentialwerten V₁ und Vp variieren und daß die Impulse in gleichen Zeitabschnitten jeweils von umgekehrter Polarität sind. Das bedeutet aber, daß die Ladespannung am Kondensator 6, d. h. die Spannung V_fc am Punkt 14 ohne weiteres keine Xnderung erfährt. An dieser Stelle sei aber darauf hingewiesen, daß die Schaltung auch so ausgelegt werden kann, daß der Kondensator 6 beim Anlegen von Spannungen umgekehrter Polarität an den Eingangsklemmen 12 und 13 im Ladezustand bleibt. In jedem Falle muß aber gewährleistet sein, daß die Wirkung der angelegten Rechteckimpulse auf den Kondensator 6 über einen der Strompfade unter dem Einfluß der über den anderen Strompfad zugeführten Rechteckimpulse ausgeschaltet oder unterdrückt wird.

Beim Wirksamwerden der Berührungskapazität 4 infolge der Einflußnahme des Bedienenden auf den Punkt 3,sei es direkt oder über ein Dielektrikum, wird wiederum einer der beiden Strompfade blockiert. Der der Berührungskapazität 4 entsprechende Kondensator wird aufgeladen, wenn der der Klemme 135 zugeführte Rechteckimpuls seinen oberen Potential-

der wert V.. einnimmt. Das hat aber zur Folge, daß der Kondensator 6, über den der Klemme 12 zugeführten Rechteckimpuls auf den Potentialpegel V₁ aufgeladen ist, so lange nicht entladen werden kann, bis die Kapa-

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zität 4 in ausreichendem Maße entladen ist. Infolgedessen überschreitet die Ladezeit des Kondensators 6 die Entlade^zeit mit dem Ergebnis, daß die Ladespannung am Kondensator 6 anwächst, bis schließlich die beispielsweise eingezeichnete Relaisröhre 2 zündet.

Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Rechteckimpulse sind so dargestellt, daß sich ungleiche Zeitabschnitte Γ.. und T^ ergeben. Hierbei ist zu beachten, daß bei einer Ladezeitkonstante des Kondensators 4,die sehr groß ist im Vergleich zum Zeitabschnitt T₂, und bei einer Ladezeitkonstante des Kondensators 6, die sehr groß ist im Ver-

für

gleich zum Zeitabschnitt Z.,/die Spannung V. am Punkt 14 folgende Beziehung gilt:

V_t = V / ( 1 + 2 T₁/

Hierin ist V der Spannungsmittelwert der zugeführten Rechteckimpulse,

Die Erfindung ist mit Hilfe von Ausführungsbeispielen beschrieben, die Tastschalter betreffen. Darüber hinaus lassen sich aber auch andere Verwendungszwecke der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anführen. Ein Beispiel hierfür ist das Peststellen des Auftretens irgendwelcher Objekte infolge ihrer kapazitiven Wirkung. Die Anzeigevorrichtung in den oben beschriebenen Beispielen wird durch eine

Relaisröhre dargestellt. Auch hier sind andere Mittel ebenso gut geTransistoreigne t, wie z. B. eine schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Glühbirnchens oder ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter.

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Claims

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9. Februar Ι967 bu-hfc

Z-JL tentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Auslösung ein?s Schwellenw* rtschalters, der oberhalb eims vorgegebenen Schwellenwertes in den leitenden Zustand gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Schwellenwertschalter (2) angeschlossener Ladekondensator (6) anderseits mit zwei, je eine zueinander entgegengesetzt gepolt< Diode (8, 10) enthaltende!Strompfaden verbunden ist, wovon der erate zur Aufladung des Ladekondensators (6) mit Hilfe von Signalen entsprechender Polarität eine gegenüber der Signaldauer groß'. Zeitkonstante besitzt, während der zweite Strompfad durch Wirksarnwerdea von jeweils im Anschluß an die Ladesignale auftretende Signale entgegengesetzter Polarität zur Entladung des Kondensators dient und daß zur Unterbrechung des Entladevorgangs und damit zur· Auslösung des Schwellenwertschalter*; (2) ein Auslös'kondensator (4) über di-Diode (10) des zweiten Strompfads an d;-i Ladekonde isator (6) anschal tbar ist.

2. Schaltungsanordnung naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strompfade je an eine besondere Impulsqi He angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer kleiner als die Impulspause ist.

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strompfade an eine gemeinsame Inipulsquelle angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Strompfaden jeweils ein Widerstand (7t 9) des gleichen Werts in Serie mit der zugeordneten Diode (8, 10) geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (9) des zweiten Strompfads mit einer dritten Diode (11) überbrückt ist, deren Polung entgegengesetzt der der Diode (10) des zweiten Strompfads ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der zugeführten Impulse gleich eins ist.

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