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"Elektronischer Schwellwertschalter zu Uberwachung eines Stromes
oder einer Spannung3' Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter
zur Uberwachung eines Stromes oder einer Spannung, der als Steuerschalter bei einem
elektronischen Langzeitschaltgerät verwendbar ist und der beim Erreichen eines vorgegebenen,Schwellwertes
der überwachten elektrischen Größe unabhängig von Temperatureinflüssen dadurch anspricht
und schaltet, daß im Steuerstromkreis eines Transistors, der die Eingangsstufe des
Schwellwertschalters bildet, die überwachte elektrische Größe als Spannung eingeprägt
und mit einer konstanten Gegengleichspannung sowie einer entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung
des Transistor-Emitters gepolten Diode in Reihe geschaltet ist.
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Es ist ein transistoriertes monostabiles, elektronisches Langzeitschaltgerät
bekannt, das als Eingangs stufe eine Schwellwertstufe enthalt, der eine Verstärkerstufe
und eine niederohmige Schaltstufe nachgeschaltet sind. Im Steuerstromkreis des Transistors
der Sehwellwertstufe liegen in Reihe geschaltet ein aus dem Gerät herausgeführter
Spannungsanschluß
für eine zu überwachende Gleichspannung, eine
konstante Gegenspannung, mit der die Höhe des Schwellwertes vorgegeben wird, bei
dem die Stufe ansprechen soll, des weiteren eine entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung
des Transistor-Emitters gepolte Diode und schließlich ein Basis-und ein Emitterwiderstand.
Die Polarität der zu über wachenden Spannung ist so gewählt, daß sie den Emitter
des Transistors in der Durchlaßrichtung vorspannt und die Diode sperrt. Der Steuerstromkreis
enthält ferner eine Gleichstromquelle, die an der Reihenschaltung Basiswiderstände,
Steuerstrecke und Emitterwiderstand des Transistors angeschlossen ist und den Emitter
in der Durchlaßrichtung vorspannt.
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Wird die überwachte Spannung größer als die Gegenspannung und überschreitet
sie den vorgegebenen Schwellwert, dann ist die Diode gesperrt und es fließt aus
der Gleichstromquelle ein Durchlaßstrom über den Emitter, der den Transistor aufsteuert.
Die nachgeschalteten Stufen sind dann ebenfalls aufgesteuert. Dabei wird der Xondensator
eines RC-Gliedes über den Schaltstufentransistor sehr schnell entladen, und es schaltet
ein Transistor in der Ausgangsstufe des Langzeitschaltgerätes bzw. den Erregerstrom
des Schaltschützes ein. Schon wenn der Schwellwert nur kurzzeitig überschritten
wird, spricht die Schwellwertstufe an, und die Ausgangsstufe schaltet den Strom
ein. Wenn anschließend die überwachte Spannung wieder unter dem Schwellwert liegt,
hält die Ausgangsstufe den Strom so lange eingeschaltet, wie die Ladezeitkonstante
des Zeitgliedkondensators gewahlt ist
Das bekannte Langzeitschaltgerät
ist nur für die tberwachung eines Gleichstromes oder einer Gleichspannung eingerichtet.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen elektronischen Schwellwertschalter
auch zur über wachung eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung zu schaffen,
der bei einem elektrnnischen Langzeitschaltgerät der oben beschriebenen Art als
Steuerschalter verwendbar ist. Ein derart eingerichtetes Langzeitschaltgerät ist
zur überwachung von wechselstrombetriebenen Anlagen geeignet, da es anspricht und
eine Schalthandlung auslöst, sobald die überwachte Wechselgröße ein vorbestimmtes
Niveau (Schwellwert) überschreitet. Ähnliche Aufgaben sind auch in der elektronischen
Meß- und Prüftechnik gestellt. Als Beispiel sei hier nur die Qualitätsprüfung von
Halbleiter-Gleichrichtern unter Wechselspannungsbelastung erwähnt. Mit einer Wechselspannung
vorgegebener Amplitude wird hierbei in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der Gleichrichter-Sperrstrom
überprüft. überschreitet der Sperrstrom eine höchstzulässige Größe, so soll ein
Arbeitsvorgang ausgelöst werden, bei dem der Prüfling ausgeschieden oder entsprechend
klassifiziert wird.
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Der Schwellwertschalter gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer Kaskade von zwei zueinander komplementären Transistoren 3, 4 als Eingangsstufen
des Langzeitschalters, die mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 6, 7 zusammen
eine Brückenanordnung bilden, bei der an den Widerständen 6, 7 konstante Gleichspannungen
derart gerichtet anliegen, daß sie die Emitter der Transistoren 3 und 4 in die Durchlaßrichtung
polen, und bei der die an einem Meßwiderstand 2 überwachte elektrische Größe als
Spannung zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 6, 7 und dem
Verbindungspunkt
von zwei in bekannter Weise im Steuerstromkreis an der Basisseite der komplementären
Transistoren 3 und 4 entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung der Emitter geschalteten
Dioden 31, 41 eingeprägt ist, der Schwellwertschalter unabhängig von der Polarität
der überwachten elektrischen Größe anspricht und schaltet Weitere Ausbildungen des
Schwellwertschaltergerätes der Erfindung bestehen darin, daß ein dritter Transistor
vom gleichen Leitungstyp wie der erste Kaskadentransistor der Eingangsstufen diesen
Stufen nachgeschaltet ist und eine Steuerschaltstufe bildet und daß die konst-anten
Teilgleichspannungen mittels einer temperaturunabhängigen, spannungsstabilisierten
Potentiometeranordnung vorgegeben sind und daß ferner die spannungsstabilisierte
Potentiometeranordnung sowie die Steuerschaltstufe eine gemeinsame Gleichstromversorgung
haben.
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Die Figur zeigt eine Ausführungsf6rm der Erfindung und zwar das Schaltbild
eines elektronischen Schwellwertschalterss der als elektronischer Steuerschalter
am Eingang eines elektronischen Langzeitschaltgerätes für die überwachung der Sperrströme
von vier Halbleiterdioden, die eine fertige Graetzbrückenschaltung bilden, verwendet
wird.
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Die Dioden-Graetzbrücke 1 liegt mit einem Neßwiderstand 2 in Reihe
geschaltet an einer Prüfwechselspannung UW konstanter Größe. Durch den Meßwiderstand
fließt mit abwechselnder Polarität der Sperrstrom der Diodenpaare 21, 23 und 22,
240 Bei jedem Spannungsmaximum der Prüfwechselspannung tritt auch ein Sperrstrommaximum
auf(in positiver und negativer Richtung; An Meßwiderstand 2 entstehen demnach Spannungen
mit abwechselnder Polarität. Mit Hilfe des Schwellwertschalters soll nun in
beiden Polaritäten die Größe der Sperrströme (Scheitelwente) überwacht
werden Wird eine vorbestimmte Spernstrome,röße im Scheitel überschritten, spricht
der Schwellwertschalter an und löst mit Hilfe des nachgeschalteten Langzeitschaltgerätes
eine geeignete Schalthandlung aus, durch die z. B der Prüfvorgang beendet und derPrüfling
1 klassifiziert wird Der Schwellwertschalter enthält eine Kaskade von drei Transistoren,
3, 4, 5, von denen die Transistoren 3 und 4 zueinander komplementär sind und der
Transistor 5 den gleichen Leitungstyp hat wie der Transistor 3 Die beiden fransis'oren
3 und 4 bilden die EingangsstuSe und der Transistor 5 bildet die Steuerschaltstufe
eines elektronischen liangzeitschalters, dessen Zeitglied und Ausgangs stufen dem
Transistor 5 nachgeschaltet sind. Der Schwellwertschalter enthält ferner einen Spannungsteiler
mit Widerständen 6 und 7, die über einen Vorwiderstand an eine konstante Gleichspannung
geschaltet sind.
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Die konstante Gleichspannung wird mittels eines Spannungsstabilisators
- einer Reihenschaltung mit einer Z-Diode 9, einer Halbleiterdiode 10 und einem
Vorwiderstand 11 - aus der Betriebsspannung für den Schwellwertschalter gewonnen.
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Die Dioden 9 und 10 sind polaritätsmäßig in bekannter Weise gegeneinandergeschaltet,
um den Temperatureinfluß auf die Zenerspannung zu kompensieren. Der Spannungsteilerwiderstand
6 und der Vorwiderstand 8 können verstellbar ausgeführt und beispielsweise so eingestellt
sein, daß bei einer Konstantspannung von 7 V gleich große konstante Teilspannungen
von je 3 V an denWiderständen 6 und 7 liegen.
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Gemäß der Erfindung bilden die Widerstände 6 und 7 zusammen mit den
zueinander komplementären Transistoren 3 und 4 eine Brückenanordnung Aes ist der
Meßwiderstand 2, an dem die zu überwachenden Spannungenmit abwechselnder Polarität
emGsteheng
zwischen der Verbindung der Widerstände 6 und 7 und der Verbindung von zwei Halbleiterdioden
31 und 41 eingeschaltet, welche jede für sich zur Kompensation von Temperatureinflüssen
im Steuerstromkreis an der Basis eines der Transistoren 3 und 4 liegen und entgegengesetzt
zur Durch-1aßrichtung des betreffenden Transistors gepolt, sind Ba- die Minusleitung
der Betriebsspannungsquelle das Potential Null, so liegt nach dem gewählten Beispiel
an der Verbind;ui'g zwischen den Widerständen 6 und 7 das Potential 3 V und an der
Verbindung zwischen den Widerständen 7 und 8 das Potential 6 Vc Ist der Meßwiderstand
2 spannungsfrei, so liegt auch an der Verbidung der beiden Dioden 31 und 41 das
Potential 3 V und es sind kiese Dioden gesperrt, da die Emitter der Transistoren
3 und 4 das Potential Null bzw.
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6 V haben. Bei positiver Spannung am Meßwiderstand 2 ist an der Verbindung
zwischen den Dioden das Potential höher als 3 V, bei negativer Spannung dagegen
ist es niedriger als 3 V.
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Steigt nun das Potential über 6 V hinaus an, dann wird die Diode 41
in die Durchlaßrichtung gepolt, und es fließt ein Strom von diesem Potential über
den Basiswiderstand 42 und den aufgesteuerten Transistor 3, so daß der Steuerstrom
des Transistors 4 verschwinde-t und Transistor 4 gesperrt wird.
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Die Folge davon ist, daß auch der Transistor 5, der die S-teuerschaltstufe
bildet, gesperrt wird. Fällt andererseits das Potential an der Verbindung zwischen
den Dioden so weit ab, daß es negativ wird, dann wird die Diode 31 in die Durchlaßrichtung
gepolt und es fließt ein Strom von Potential 6 V über den Basiswiderstand 32 und
die Diode 31, so daß der Steuerstrom des Transistors 3 verschwindet und der Transistor
3 gesperrt wird. In diesem Fall werden sodann auch die in der Kaskade nachgeschalteten
Transistoren 4 und 5 gesperrt.
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Es ergibt sich somit, daß, wenn der Sperrstrom der Brücke 1 in beiden
Richtungen und damit die Spannung am Meßwiderstand 2 mit positiver und negativer
Polarität einen bestimmten Schwellwert überschreitet, der Schwellwertschalter jeweils
in der gleichen Weise anspricht und die Steuerschaltetufe am Ausgang des Schwellwertschalters
gesperrt wird.
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Von den Eingangsstufen des Schwellwertschalters bilden die Dioden
31 und 41 die Schwellwertglieder, während die Höhe der Schwellwerte durch die Größe
der konstanten Teilspannungen des Spannungsteilers vorgegeben sind. Es können durchaus
verschieden hohe Schwellwerte vorgegeben werden.
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Zwischen dem Heßwiderstand 2 und der Diodenverbindung liegt ein Schutzwiderstand
21 zur Begrenzung des Ansprechstromes, der in der Größe so gewählt werden kann,
daß der Spannungsabfall der Diodensperrströme genügend klein gehalten wird, Ein
wesentlicher Vorteil es Schwellwertschaltrs gemäß der Erfindung wird darin gesehen,
daß die Dioden 31 und 41 zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen, nämlich einmal als
Schwellwertglieder und zum anderen in bekannter Weise als Ausgleichs glieder für
die Kompensation von Temperatureinflüssen in Verbindung mit den Transistoren 3 und
4.
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Mit einem nachgeschalteten Iiangzeitschalter ist der Schwellwertschalter
gem. der Erfindung nicht nur zur ffberwachung von elektrischen Größen unabhängig
von der Polarität der überwachten Größe geeignet, sondern kann z. B. auch als Leistungsverstarker
kurzer Impulse, die eine bestimmte Impulsen höhe überschreiten9 verwendet werden.
Des weiterenkann er
als Zähler von Impulsen einer periodischen oder
auch aperiodischen Folge und darüber hinaus auch als selektiver Impulszähler und
Integrator von Impulsen, die eine bestimmt Impulshöhe überschreiten, benutzt werden,
wenn der Ausgang des Langzeitschalters auf eine entspre-chend eingerichtete. Registriervorrichtung
arbeitet.
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8 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnung