DE1673723A1 - Elektrische Uhr - Google Patents

Description

13.7.1967

PATENTANWALT

Dr. ERNST STURM

MÜNCHEN 23
IfCPOLDSTR. 20/1*

BIVIATOR S.A.. Genf.

ELEKTRISCHE UHR

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Uhr mit Steuer- und Antriebsspule, welche Spulen in den Eingangs- bzw. Ausgangsstromkreis eines Transistors geschaltet sind und mit dem Transistor eine Rtlckkoppelungs schal tung zum Unterhalt der Schwingung eines Resonators bilden. Bei solchen Uhren besteht unter anderem die Aufgabe, die Spannungsquelle möglichst vollständig auszunützen und zugleich eine hohe Gangkonstanz bis

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zur Erschöpfung der Quelle zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bereits bekannt, die Antriebsspule zwischen den Emitter und die eine Klemme der Spannungsquelle, und die Steuerspule zwischen Emitter und Basis zu schalten und die Basis mit der genannten einen Klemme der Spannungsquelle durch eine pipde zu verbinden. Diese Schaltung bezweckt eine Konstanthaltung der Spannung und somit der Stromstärke der in der Antriebsspule fliessenden Impulse weitgehend unabhängig von der Spannung der Spannungsquelle. Die Regelcharakteristik hängt jedoch ab von den genauen Charakteristiken des verwendeten Transistors und der verwendeten Diode, so dass diese bekannte Schaltung ohne weitere regelbare Elemente nicht ohne weiteres die gewünschte Schwingungsamplitude des Resonators, z.B. einer Unruh,einzustellen gestattet.

Es ist auch bekannt, im Emitterstromkreis des Transistors einen Spannungsteiler vorzusehen, mit dessen Abgriff die Regeldiode verbunden ist. In diesem Falle ist jedoch klar, dass die Spannung am einen Zweig des Spannungsteilers nicht geregelt wird, und Versuche haben tatsächlich ergeben, dass diese bekannte Schaltung keine stabile Amplitude des Resonators, insbesondere einer Unruh und damit erhebliche Gangabweichungen in Abhängigkeit von der Quellenspannung ergibt.

Es ist auch bekannt, in einer ähnlichen Schaltung zwischen dem Emltterstromkreis, in welchem die Antriebsspule enthalten ist, und dem KollektorStromkreis einen Spannungsteiler mit einer oder zwei Regeldioden vorzusehen und die Steuerspule zwischen dem Spannungsteilerabgriff und der Basis des Transis-

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tors anzuordnen. Hierbei 1st zwischen dein Abgriff des Spannungsteilers und dem Kollektor des Transistors ein regelbarer Widerstand angeordnet, der das Ruhepotential am Abgriff und damit an der Basis und folglich die gewünschte Amplitude einzustellen gestattet. Diese Schaltung weicht jedoch grundsätzlich ab vom Gedanken, eine direkte Regelung durch Anschaltung der Regeldiode an die Basis des Transistors zu erzielen, wodurch eine weniger wirksame Regelung erfolgt. Es ist auch nicht möglich, durch Veränderung des erwähnten regelbaren Widerstandes ohne Eingriff in die Regelung eine gewünschte Amplitude vorzuwählen, weil jede Veränderung des Ruhepotentials an der Basis des Transistors bzw. am Spannungsteilerabgriff auch den Arbeitspunkt der Diode oder Dioden beeinflusst.

Es ist nun das Ziel der Erfindung bei einer Schaltung der oben an erster Stelle genannten Art, welche eine gute Regelung der Antriebsiepulse bei variabler Quellenspannung ergibt, eine Einstellung der Resonatoramplitude ohne jede Beeinflussung der Regelung zu erzielen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Steuerspule durch einen regelbaren Widerstand mit dem Emitter verbunden ist. Es ist hierbei in Zusammenwirkung mit der besonderen Regelschaltung möglich, durch Einstellung des regelbaren Widerstandes den Stromfluss in der Steuerspule bei Induktion von Steuerspannungen in weitem Bereich einzustellen und durch die damit erzielbare, in weiten Grenzen einstellbare Bremsung des Resonators durch die in der Steuerspule induzierten Steuerströme die Resonatoramplitude entsprechend einzustellen. Wenn dabei auch der Gesamtwiderstand

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im Steuerstromkreis in recht weiten Grenzen einstellbar ist, kann der Steuerstromkreis immer noch als hochohmig im Vergleich zu dem speziell bei Verwendung von Zenerdioden sehr niederohmigen Regelstrecke betrachtet werden, so dass durch die Einstellung des Widerstandes und der Impulsstromstärke im Steuerstromkreis die Amplitudenregelung praktisch nicht beeinflusst wird.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Uhr beschrieben.

Die in der Zeichnung dargestellte Uhr weist eine Antriebsspule 1 und eine Steuerspule 2 auf, die vorzugsweise als übereinandergewickelte, in einer gemeinsamen Ebene liegende Drehspulen ausgebildet sein und durch ein in Umfangsrichtung kurzes Magnetfeld schwingen können, in dem sie bei Gleichgewichtslage der Unruh, auf der sie befestigt sind, symmetrisch liegen. Die Antriebsspule 1 ist zwischen die positive Klemme einer Spannungsquelle 3 und den Emitter eines pnp-Transistors geschaltet. Die Steuerspule 2 liegt mit einem veränderbaren Seriewiderstand 5 zwischen dem Emitter des Transistors 4 und der Basis desselben. Zwischen die positive Klemme der Spannungsquelle und die Basis ist eine Zenerdiode 6 geschaltet. Der Knick der Charakteristik der Zenerdiode liegt unterhalb der Quellenspannung .

Die dargestellte Schaltung arbeitet wie folgt:

Im Ruhezustand oder wenn sich die Spulen 1 und 2 bei schwingender Unruh ausserhalb des Magnetfeldes befinden und so mit keine Spannungen induziert werden, ist die ganze Schaltung

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praktisch stromlos. Die Basis des Transistors 4 liegt über die Spule 2 und den Widerstand 5 am Emitter, so dass der Transistor praktisch gesperrt ist. Auch in der Zenerdiode 6 fliesst prak-^ tisch kein Strom, da die Basis praktisch auf dem Potential der positiven Klemme der Spannungsquelle gehalten wird.

Wenn die Spule 2 beim Nulldurchgang der Unruh in der einen Schwingungsrichtung an der Basis einen positiven Spannungsstoss erzeugt, ändert am Zustand der Schaltung praktisch nichts, da die Diode 6 und der Transistor 4 gesperrt bleiben. Beim Durchschwingen der Steuerspule 2 in der anderen Richtung tritt dagegen an der Basis ein gegenüber dem Emitter negativer Spannungsstoss auf, so dass der Transistor leitend wird. Durch den dabei in der Antriebsspule 1 auftretenden Antriebs-Stromstoss entsteht in derselben ein Spannungsabfall, so dass die Spannung am Emitter absinkt. Dieser Spannungsabfall wird über den Widerstand 5 und die Spule 2 auch an die Basis übertragen, so dass durch die Schaltung der Antriebsspule in den Emitterkreis praktisch keine Gegenkoppelung eintritt.'Der gemeinsame Spannungsrückgang am Emitter und an der Basis gegenüber der positiven Klemme der Spannungsquelle wird nun aber auf einaipraktisch konstanten Wert begrenzt, indem beim Erreichen eines bestimmten negativen Spannungsniveaus an der Basis gegenüber der positiven Quellenklemme die Zenerdiode 6 leitend wird und einen weiteren Spannungsabfall an der Basis verhindert. Die verhältnismässig hochohmige Ausbildung des Steuerstromkreises mit dem Widerstand 5 erlaubt eine weitgehende Entkoppelung der Basis vom Emitter, so dass die Basisspannung bei leitender Diode 6 durch die vor-

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gegebene, praktisch konstante Betriebsspannung der Diode bestimmt ist. Damit stellt sich aber auch eine automatische Regelung der Betriebsspannung an der Antriebsspule 1 ein, da der Strom und somit der Spannungsabfall in der Spule 1 automatisch auf einen Wert eingeregelt wird, bei dem der Emitter auf einem Potential gehalten wird, das etwas über dem geregelten Basispotential liegt.

Die Regelung ist deshalb sehr wirksam, weil die im Arbeitsbereich einen niedrigen dynamischen Innenwiderstand aufweisende Zenerdiode auf den unabhängig von der Einstellung des Widerstandes 5 relativ hochohmigen Basisstromkreis wirkt. Die Regelwirkung der Zenerdiode 6 ist mit anderen Worten praktisch unabhängig vom Gesamtwiderstand des Steuerstromkreises (2,5) und von dem in diesem fliessenden Steuerstrom, das heisst, die Spannung an der Basis des Transistors 4 wird praktisch unabhängig vom Steuerstrom in der Spule 2 bei leitendem Transistor auf einem bezogen auf den positiven Pol der Spannungsquelle bestimmten Wert gehalten, womit auch die Spannung an der Antriebsspule und der Strom in derselben konstant gehalten werden. Der

je nach Einstellung des Widerstandes 5 unterschiedliche Steuerte

strom in der Spule 2 hat jedoch zur Folge, dass je nach der Stärke desselben eine verschieden intensive Bremsung des Resonators während der Induktion des Steuerstromes stattfindet. Es ist damit möglich, die Resonatoramplitude durch Einstellung des Widerstandes 5 einzustellen, ohne damit die Wirksamkeit der

Spannungsregelung durch die Zenerdiode 6 zu beeinträchtigen. Sine praktisch ausgeführte Schaltung wies folgende

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Schaltelemente und Werte auf:

Spannung der Quelle 0,5 - 2 V Windungszahl Spule 1 500

Windungszahl Spule 2 2800

Potentiometer 5 10 κ Diode 6 BZY 83 Dl Transistor 4 OC 70

Natürlich können andere Werte, insbesondere der Ar beitsspannung der Diode 6 Im Regelbereich gewählt werden, wobei lediglich die Bedingung besteht, dass diese Spannung unterhalb der Spannung der Quelle 3 während der ganzen Lebensdauer der selben liegt. Die Schaltung kann auch mit einem npn-Transistor ausgeführt werden, wobei die Antriebsspule 1 ebenfalls in die önitterleitung zu schalten und die Diode 6 in entsprechender Polung mit dem negativen Pol der Quelle 3 zu verbinden ist.

Es kann ausserdem ein anderes geeignetes alineares Schaltelement anstelle einer im Durchbruchbereich arbeitenden Zenerdiode, z.B. eine in Durchlassrichtung arbeitende Diode mit Zenercharakteristik,verwendet werden.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1) Elektrische Uhr mit Steuer- und Antriebsspule, welche Spulen in den Eingangs- bzw. Ausgangsstromkreis eines Transistors geschaltet sind und mit dem Transistor eine Rückkoppelungsschaltung zum Unterhalt der· Schwingung eines Resonators bilden, wobei die Antriebsspule zwischen den Emitter und die eine Klemme der Spannungsquelle und die Steuerspule zwischen Emitter und Basis geschaltet ist, und die Basis mit der genannten einen Klemme der Spannungsquelle durch eine Diode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspule durch einen regelbaren Widerstand mit dem Emitter verbunden. ist.

2) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zenerdiode vorgesehen ist.

3) Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Widerstandes den dynamischen Innenwiderstand der Zenerdiode übertrifft.

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