DE1933344C3 - - Google Patents

Description

zum Eingang der ersten Verstärkerstufe (28, 29) turregelschaltung verleiht dieser eine außerordentlich besteht. große Empfindlichkeit, und außerdem wird noch der

2. Temperaturregelschaltung nach Anspruch 1, weitere Vorteil erreicht, daß für den kapazitiven Andadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Rück- 35 teil der vorgesehenen Rückkopplungsschleife, keine kopplungsschleife von dem Kollektor des Endstu- gesonderten Bauelemente erforderlich sind, sondern fentransistors (38) über einen Rückkopplungs- dab für diesen Zweck vorhandene Kondensatoren transistor (44") zum Eingang des Endsiufentran- gleichzeitig als Glättungskondensator für die Stromsistors (38) führt. Versorgung der Widerstandsbrücke und für die Rück-

3. Temperaturregelschaltung nach den Ansprü- 40 kopplung ausgenutzt werden.

chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung

dreistufig ausgebildete Transistorverstärker noch sind noch eine zweite und dritte Rückkopplungseine dritte Rückkopplungsschleife mit einem schleife gemäß den Unteransprüchen vorgesehen, die Widerstand (35) zwischen dem Ausgang der nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch beanzweiten Verstärkerstufe (34) und dem Eingang 45 spracht werden.

der ersten Verstärkerstufe (29) enthält. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise

veranschaulicht. Es zeigt
F i g. 1 ein Gesamtschaltbild für eine erfindungsge-

maß ausgebildete Temperaturregelschaltung und

50 F i g. 2 und 3 zwei Alternativausführungen für den in F i g. 1 links von der gestrichelten Linie I-I darge-Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperatur«- stellten Schaltungsteil.

gelschaltung mit einer über einen Gleichrichter und Die dargestellte Temperaturregelschaltung enthält

mindestens einen Glättungskondensator aus einer eine Widerstandsbrücke, von deren vier Zweigen der Wechselstromquelle gespeisten und mindestens einen 55 erste aus einem der zu regelnden Temperatur ausgeder zu regelnden Temperaiur ausgesetzten Thermi- setzten Thermistor 12 und einem in Reihe dazu liestor enthaltenden Widerstandsbrücke, an deren Dia- genden Widerstand 13, der zweite aus einem festen gonale der Eingang eines mehrstufigen Transistorver- Widerstand 14 und einem in Reihe dazu liegenden stärkers angeschlossen ist, der ausgangsseitig mit einstellbaren Widerstand 15 für die Einstellung der einem einen Heizkreis für die Beeinflussung der zu 60 Solltemperatur, der dritte aus einem Widerstand 16 regelnden Temperatur ein- und ausschaltenden Re- und der vierte aus einem Widerstand 17 gebiidet ist lais verbunden ist, und in dem eine Rückkopplungs- Die Stromversorgung der Widerstandsbrücke er-

sehleife mit einem Widerstand vom Ausgang des folgt aus einer Wechselstromquelle, die über einen Endstufentransistors zum Eingang der ersten Ver- Schalter 22 angeschlossen werden kann, wobei der stärkerstufe führt und der zwei in Reihe zueinander, 65 Betriebszustand durch eine Anzeigelampe 23 angejjeweils parallel zu dem Relais bzw. der Emitter-Kol- zeigt wird. Der Wechselstrom ist über einen Translektorstrecke des Endstufentransistors geschaltete formator mit einer Primärwicklung 20 und einer Se-Kondensatoren aufweist. kundärwicklung 21 zugeführt, von der eine positive

„ng 10 und eine negative Leitung 11 ausgehen. . positive Leitung 10 enthält in Reihe einen ächrichter 24 und einen Widerstand 25, der zu-

nten mit zwei zwischen die beiden Leitungen 10 υ II eingefügten Glältungskondensatoren 26 und

die in Serie zueinander liegen und einen Verbinngspunkt 50 aufweisen, ein ÄC-Filter vom L-Typ

: Widerstandsbrücke ist an dem ersteu und dem Zweig gemeinsamen Diagonalpunkt mit der „,,en Leitung 10 verbunden, während ihr dem reiten und dem vierten Zweig gemeinsamer Diagoüpunkt an die negative Leitung 11 angeschlossen Die beiden resdichen Diagonalpunkte 18 und 19 η Verbindung zum Eingang eines dreistufigen isistorverstärkers.

\ Die erste Verstärkerstufe besteht aus zwei zu nein Differentialverstärker zusammengeschalteten Misransistoren 28 und 29, deren Emitter üuer einen gemeinsamen Emitterwiderstand 30 mit der negativen Leitung 11 verbunden sind, während ihre Kollektoren über je einen Kollektorwiderstand 31 bzw. 32 mit der positiven Leitung 10 Verbindung haben. An ihrer Basis sind die Transistoren 28 und 29 mit dem Piagonalpunkt 18 bzw. mit dem Diagonalpunkt 19 verbunden, und außerdem besteht dazwischen eine kapazitive Verbindung über einen nicht bezeichneten Kondensator.

Als zweite Verstärkerstufe ist ein Transistor 34 mit seiner Basis an den Verbindungspunkt 33 zwischen dem Kollektor des Transistors 29 und dessen Kollektorwiderstand 32 angeschlossen und erhält so die auf ein Ungleichgewicht in der Widerstandsbrücke zurückgehenden Änderungen im Kollektorstrom des Transistors 29 als Eingangssignal zugeführt. Der Kollektor des Transistors 34 ist zum einen über einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen 36 und 37 mit der negativen Leitung 11 und zum anderen über einen Widerstand 35 mit dem Diagonalpunkt 19 verbunden, während der Emitter des Transistors 34 unmittelbar an der positiven Leitung 10 liegt.

Die dritte Verstärkerstufe enthält einen Transistor 38, dessen Basis an den Verbindungspunkt der Widerstände 36 und 37 angeschlossen ist und damit ihr Eingangssignal aus dem Kollektorstrom des Verstärkers in der zweiten Verstärkerstufe mit dem Transistor 34 bezieht. Der Emitter des Transistors liegt unmittelbar an der negativen Leitung 11, und an seinen Kollektor ist ein Relais 39 angeschlossen, dessen Wicklung ein Schutzgleichrichter 40 parallel geschaltet ist, wobei das freie Ende des Relais 39 mit der positiven Leitung 10 verbunden ist.

Das Relais 39 schaltet über seinen Kontakt 41 den Strom in einem in F i g. 1 durch eine Leitung 42 angedeuteten Heizkreis für die Beeinflussung der zu regelnden Temperatur, von dem in F i g. 1 außerdem noch eine zweite Leitung 43 und eine Anzeigelampe 44' dargestellt sind. Bei Erregung des Relais 39 wird sein Kontakt 41 geschlossen, und im Heizkreis fließt Heizstrom in den Leitungen 42 und 43, was durch das Aufleuchten der Anzeigelampe 44' sichtbar wird. Beim Betrieb der bisher beschriebenen Schaltung führt eine Abweichung der zu regelnden Temperatur von einem am einstellbaren Widerstand 15 eingestellten Sollwert zu einem Ungleichgewicht in der Widerstandsbrücke, was den Transistor 29 leitend werden läßt. Damit ändert sich die Spannung am Verbindungspunkt 33, und auch der Transistor 34 wird leitend. Die dadurch am VeroLndungspuakt der Wicterstände 36 und 37 hervorgerufene Änderung der Basisspannung für den Transistor 38 läßt auch diesen

leitend werden, womit das ReJais 39 erregt wird unü den Heizkreis für die Temperaturbeeinflussung einschaltet. Die Kennlinie für eine solche Regelung, wie sie der bisherigen Technik entspricht, ist jedoch start, gekrümmt und läßt keine genaue proportionale Ke-

gelung mit ausreichend kleiner ständiger Regelabweichung zu. Deshalb ist eine Rückkopplung inι der Weise vorgesehen, daß der Verbindungspunkt 50 der beiden Glättungskondensatoren 26 und 27 zum einen über einen Widerstand 49" mit dem Verbindungs-

punkt zwischen dem Relais 39 und dem Kollektor des Transistors 38 und zum anderen über einen Widerstand 51 mit dem Diagonalpunkt 19 verbunden

Eine zweite Rückkopplung ist noch über einen Transistor 44" vorgesehen, dessen Basis an den Verbindungspunkt zwischen zwei dem Transistor 38 parallelgeschalteten und ihrerseits in Serie zueinander liegenden Widerständen 45 und 46 angeschlossen ist. Da der ohmsche Widerstand der Wicklung des Relais 39 als konstant angesehen werden kann, ändert sich somit die Basisspannung für den Transistor 44 mit dem Strom durch den Transistor 38. Der Emitter des Transistors 44" liegt unmittelbar an der negativen Leitung 11, und sein Kollektor ist über einen Widerstand 47 mit der positiven Leitung 10 verbunden Der Verbindungspunkt 48 zwischen dem Widerstand 47 und dem Kollektor des Transistors 44" ist über einen Widerstand 49' mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 35 und 36 und des Kollektors des Transistors 34 verbunden.

Die in Fig. 1 dargestellte Temperaturregelschaltung enthält in ihrem Transistorverstärker noch eine dritte Rückkopplungsschleifs, die über den widerstand 35 vom Kollektor des Transistors 34 zur Basis des Transistors 29 führt. Von diesen drei Rückkopp-

lungsschleifen sind die erste und die dritte rein ohmisch, während die zweite teils ohmisch und teils kapazitiv arbeitet, was eine sehr effektive Rückkopplung mit hoher Rückkopplungsleistung ergibt, wobei die Glättungskondensatoren 26 und 27 in wirtschaftlicher Weise doppelt genutzt werden.

Dabei führt in erster Linie die Rückkopplungsschleife über die Widerstände 49", 51 zu einer erheblichen Steigerung der Empfindlichkeit der gesamten Temperaturregelschaltung, während die beiden anderen Rückkopplungsschleifen vor allem dazu dienen, die Transistoren 38 und 44" bzw. 29 und 38 sehr schnell vom leitenden in den gesperrten Zustand und umgekehrt zu überführen, wodurch die Eigenerwärmung dieser Transistoren in leitendem Zustand mit größerem innerem Widerstand praktisch ausgeschaltet wird.

Die mit Hilfe der Erfindung erreichbare Empfind-Hchkeitssteigerung soll abschließend noch an einem 6o praktischen Beispiel veranschaulicht werden, bei dem eine Schaltung nach F i g. 1 zum schnellen Aufheizen und zur anschließenden Einhaltung einer konstanten Temperatur für eine Sauna benutzt worden ist.

Als Temperatursollwert wurde dabei am einstell-65 baren Widerstand 15 ein Wert von 85° eingestellt. Die Speisung des Transformators erfolgte mit Wechselstrom von 220VoIt und 50 Hertz, wobei sich sekundärseitig eine Spannung von 24 Volt und hinter

dem Widerstand 25 eine Spannung von 12 Volt ergaben. Der Heizkreis wurde ebenfalls mit einer Spannung von 220 Volt gespeist und enthielt elektrische Heizelemente mit einer Leistungsaufnahme von 4,4 kW.

Der anfängliche Temperaturunterschied in der Sauna gegenüber dem eingestellten Sollwert brachte die Widerstandsbrücke stark aus dem Gleichgewicht, der Transistor 38 wurde leitend und das Relais 39 erregt. Der Spannungsabfall über dem Transistor 38 wurde über den Widerstand 49" am Verbindungspunkt 50 der Glättungskondensatoren 26 und 27 wirksam, wodurch sich eine Spannungsvergrößerung für den Glättungskondensator 26 und eine Spannungsverminderung für den Glättungskondensator 27 ergaben. Dies führte zu einem Lade- bzw. Entladeverlauf mit einer durch die Größe des Widerstandes 49" und die Kapazität der Glättungskondensatoren 26 und 27 bestimmten Zeitkonstanten. Durch passende Bestimmung dieser Zeitkonstanten im Verhältnis zur berechneten Aufheizzeit für die Sauna konnte eine etwa konstante Spannungsverteilung zwischen den beiden Glättungskondensatoren 26 und 27 bereits vor Erreichen der Solltemperatur in der Sauna, beispielsweise bei einer Temperatur von 80°, erreicht werden. Durch die Rückkopplung der Spannung am Verbindungspunkt 50 über den Widerstand 51 auf den Diagonalpunkt 19 wird dann der Strom durch den Transistor 38 voll oder teilweise gedrosselt, so daß die Erregung des Relais so stark abnimmt, daß dieses Relais 39 abfällt und die weitere Aufheizung unterbricht. Der durch die thermische Trägheit bedingte allgemeine Temperaturausgleich führt zu einem nachträglichen Anstieg der Temperatur in der Umgebung des Thermistors 12 ohne weitere Heizleistungszufuhr.

Gleichzeitig mit diesem allgemeinen Temperaturausgleich gehen die Spannungen an den Glättungskondensatoren 26 und 27 auf ihre Normalwerte zurück, bei denen sie nicht durch Jen Strom durch den Widerstand 49" beeinflußt werden. Dieser neue Spannungszustand gelangt über den Widerstand 51 auch zum Diagonalpunkt 19, wodurch die eingestellte Temperatur von 85^c erneut als noch nicht erreicht markiert wird. Die Transistoren sprechen erneut an, und das Relais 39 zieht nach einer durch die Zeitkonstante in dem durch den Widerstand 49" und die Glättungskondensatoren 26 und 27 gebildeten f?C-Glied bedingten Wartezeit wiederum an. Auf diese Weise kommt es zu einer impulsweisen Wärmezufuhr, die auch nach Erreichen der eingestellten Solltemperatur zu deren Aufrechterhaltung gegenüber der allmählichen Abkühlung der Sauna aus der Umgebung fortgesetzt wird. Bei einem praktischen Anwendungsfall wurde mit einer Impulsdauer von V» Minute und einer Impulspause von 2Vs Minuten gearbeitet, jedoch hängen diese Werte im stationären Betrieb nicht nur von der Zeitkonstante des KC-GIiedes, sondern auch von der die Abkühlung veranlassenden Umgebungstemperatur ab. Die eingestellte Temperatur konnte mit einer Toleranz von weniger als ± Va⁰ C eingehalten werden, was als außerordentlich genau anzusehen ist. Diese hohe Genauigkeit hat ihren Hauptgrund in der Rückkopplungsschleife vom Verbindungspunkt 50 am ÄC-Glied zum Diagonalpunkt 19 der Widerstandsbrücke, unterstützend wirken aber auch die beiden

ίο anderen Rückkopplungsschleifen über die Widerstände 49' und 35, die einen raschen Anstieg und Abfall der Stromimpulse für die Erregung des Relais 39 bewirken.

Die erzielbare Genauigkeit läßt sich in Ausgestaltung der Erfindung noch steigern, indem der erste und der /weite Zweig der Widerstandsbrücke in Form einer im Vergleich zu F ι g. 1 komplizierteren Widerstandiskombination ausgebildet werden, die als mögliches Beispiel in F i g. 2 veranschaulicht ist. In dieser Schaltung liegen in Reihe mit dem Thermistor 12 drei Widerstände 52. 53 und 54, und der einstellbare Widerstand 15 ist mit drei Widerständen 55, 56 und 57 in Serie geschaltet, von denen der Widerstand

57 ebenfalls ein Thermistor ist, der an einer anderen Stelle des in seiner Temperatur zu regelnden Raumes angeordnet ist. Bei einer besonder; vorteilhaften Ausführungform einer solchen Schaltung steht der Thermistor 12 frei in der umgebenden Luft, während der Thermistor 57 in einem Gehäuse untergebracht ist, wodurch sich eine Art klimaregelnder Vorrichtung ergibt. Der Thermistor 12 reagiert in diesem Falle unmittelbar auf einen Anstieg der Temperatur der umgebenden Luft und sieht damit den Temperaturanstieg im Gehäuseinneren quasi voraus, der sich normalerweise mit zeitlicher Verzögerung auf Grund des Temperaturanstiegs in der umgebenden Luft ergeben würde. Die Widerstandsänderung am Thermistor 12 wird dabei über einen zwischen die Verbindungspunkte der Widerstände 52 und 53 einerseits und 55 und 56 andererseits eingefügten Widerstand

58 auch für den Thermistor 57 wirksam, so daß ein stärkerer Temperaturabfall im Hause erforderlich ist ehe die Anlage für die richtige innere Temperatur reagiert.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß sich auch mit einer Schaltung mit nur einem Thermistor 12, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, außerordentlich gute Ergebnisse erzielen lassen. Die Schaltung von F i g. 3 entspricht der von Fig. 2 bis auf das Fehlen des Thermistors 57 und die Ausbildung des Widerstandes 58 als mit seinem Schleifer an den Diagonalpunkt 18 angeschlossenes Potentiometer. Der Thermistor 12 liegt wieder in der umgebenden Luft, und das Potentiometer 58 dient zur Bestimmung derjenigen Außentemperatur, bei der die volle Leistung abgegeben werden soll, während der einstellbare Widerstand zur Festlegung der anzustrebenden Innentemperatur bestimmt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Eine Temperaturregelschaltung dieser Art ist in Patentansprüche: der deutschen Auslegeschrift 1219 115 beschrieben. Bei dieser bekannten Schaltung ist der Transistorver-

1. Temperaturregelschaltung mit einer über stärker zweistufig ausgebildet, und die Rückkopp-" einen Gleichrichter und mindestens einen Glät- 5 lungsschleife führt vom Emitter des Transistors der

tungskondensator aus einer Wechselstromquelle zweiten Verstärkerstufe zum Emitter des Transistors gespeisten und mindestens einen der zu regelnden der ersten Verstärkerstufe, wobei sie einen einstellba-Temperatur ausgesetzten Thermistor enthalten- ren Anteil zweier einen Zweig der Widerstandsden Widerstandsbrücke, an deren Diagonale der brücke bildender Widerstände mitumfaßt. Tempera-Eingang eines mehrstufigen Transistorverstärkers io turregelschaltungen mit ähnlich aufgebauten Rückangeschlossen ist, der ausgangsseitig mit einem kopplungsschleifen sind auch in der Patentschrift einen Heizkreis für die Beeinflussung der zu re- .27 818 des Amtes für Erfradungs- und Patentwesen gelnden Temperatur ein- und ausschaltenden Re- in Ost-Berlin, der USA.-Patentschrjft 2 838 644 und lais verbunden ist, und in dem eine Rückkopp- auf den S. 238/239 von »automatik«. Heft 7, Juli lungsschleife mit einem Widerstand vom Ausgang »5 1968, beschrieben.

des Endstufentransistors zum Eingang der ersten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Verstärkerstute führt und der zwei in Reihe Temperaturregelschaltung der eingangs erwähnten zueinander, jeweils parallel zu dem Relais bzw. Art unter Ausnutzung vorhandener Schaltmittel in der Emitter-KoJlektorstrecke des Endstufentran- ihrer Empfindlichkeit zu verbessern,
sistors geschaltete Kondensatoren aufweist, da- 10 Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die zwei in durch gelöst, daß die zwei in Reihe zueinander geReihe zueinander geschalteten Kondensatoren in schalteten Kondensatoren in dem Gleichrichterkreis dem Gleichrichterkreis als Glättungskondensato- als Glättungskondensatoren parallel zu der Widerren (26, 27) parallel zu der Widerstandsbrücke standsbrücke geschaltet sind und daß die Rückkopp- (R IZ-R 17) geschaltet sind und daß die Rück- *5 lungsschleife aus einem ersten Widerstand zwischen kopplungsschleife aus einem ersten Widerstand dem Kollektor des Endstufentransistors und dem (49") zwischen dem Kollektor des Endstufentran- Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren sowie sistors (38) und dem Verbindungspunkt (50) der einem zweiten Widerstand von dem Verbindungsbeiden Kondensatoren (26, 27) sowie einem punkt der beiden Kondensatoren zum Eingang der zweiten Widerstand (Sl) von dem Verbindungs- 30 ersten Verstärkerstufe besteht,
punkt (50) der beiden Kondensatoren (26, 27) Die erfindungsgemäße Ausbildung der Tempera-