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Schutzschaltung Schutzschaltungen sollen den zu schützenden Teil,
insbesondere ein Meßinstrument, vor ttberlastungen schützen, ohne das Meß~ ergebnis
innerhalb des Meßbereiches zu verfälschen.
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Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung, bestehend aus einer spannungsabhängigen
Diodenanordnung die dem zu schttzenden Teil parallel geschaltet ist und einem vorgeschaltetes
ohmschen Widerstand oder einer vorgeschalteten Induktivität.
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Zum Uberlastungsschutz elektrischer Meßgeräte, insbesondere von Vielfachmeßgeräten,
ist es bekannt eine Reihenschaltung aus einem Schutzrelais und einem spannungsabhängigen
Widerstand parallel zum Meßkreis zu schalten und den spannungsabhängigen Widerstand
so zu bemessen, daß er die Messung bei zulässiger Belastung des Gerätes praktisch
nicht beeinflußt, bei !Yberlastung desselben aber so klein wird, daß das Schutzrelais
anspricht, Als spannungsabhängige Widerstände werden dabei vorzugsweise Germaniumdioden
benutzt, wobei die Erscheinung ausgenutzt wird, wonach bei Überschreiten der Sperrspannung
um einen gewissen Betrag der Sperrwiderstand plötzlich sinkt, so daß der sogenannte
Zenerstrom fließt. Es ist jedoch auch schon vorgeschlagen worden das Schutzrelais
über Transistoren zu betätigen, die aus einer zum Meßkreis parallel liegenden Diodeneinrichtung
gesteuert werden.
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Der Verw adung eines Relais haftet aber stets der Nachteil mechanischer
Trägheit an, so daß der zu schtitzende Teil gegen kurzzeitige Überlastspitzen ungeschützt
bleibt.
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Auch unter Vermeidung mechanisch bewegter Teile ist es bekannt empfindliche
Schaltungsteile duch die Parallelschaltung von Glimmstrecken, Dioden oder Zenerdioden
zu schützen. Dabei ist auch die Verwendung einer zusätzlichen Gegenspannung zur
Verschiebung der Gleichrichterkennlinie bekannt. Ebenso ist die Verwendung des charakteristischen
Knicks von Transistorkennlinien bekannt um empfindliche Schaltungsteile vor ttberlastung
zu schützen. Diesen bekannten Schaltungen haftet jedoch der Nachteil an, daß die
Kapazität der parallelgeschalteten spannungsabhängigen Bauteile bei höheren Frequenzen
das Meßergebnis innerhalb des Meßbereiches verfälscht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen i;berlastungsschutz
ohne bewegte Teile zu schaffen, der innerhalb der zulässigen Belastung durch besondere
Ausbildung der spannungsabhängigen Diodenanordnung auch bei höheren Frequenzen keine
Verfälschung infolge der Parallelschaltung ergibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die spannungsabhängige
Diodenanordnung aus der Serienschaltung einer oder mehrerer in Serie geschalteter
Diodenstrecken D1 mit kleinem Rest strom llnd mit niederer Durchbruchspannung und
einer oder mehrerer in Serie geschalteter Diodenstrecken D2 mit kleiner Kapazität
und mit einer hohen Kniespannung besteht.
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Der Vorteil gegenüber den bekannten Schaltungen ist darin zu finden,
daß die Serienschaltung von Dioden D2 mit kleiner innerer Kapazität mit Dioden D1
auch wenn diese eine großere innere Kapazität haben eine kleine Parallelkapazität
zum
empfindlichen Schaltungsteil darstellen. Andererseits stellt
die Serienschaltung von Dioden D mit hohem Sperrwiderstand (kleinem Reststrom) mit
Dioden D2 auch wenn diese einen geringeren Sperrwiderstand haben einen hohen Parallelwiderstand
zum empfindlichen Schaltungsteil dar, wodurch auch der von der Frequenz unabhängige
Meßfehler klein gehalten wird. Der kleine Rest strom der Dioden Dj und die kleine
Kapazität der Dioden D2 bewirkt also, daß auch bei hoheren Frequenzen keine Verfälschung
innerhalb der zulässigen Belastung auftritt, während die niedere Durchbruchspannung
der Dioden D1 einen frühzeitig einsetzenden Uberlastungsschutz und die hohe Kniespannung
der Dioden D2 die Wirksamkeit der kleinen Kapazität bis zum Scheitelwert des Meßbereichendwertes
ergibt.
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Diodenstrecken mit kleinem Reststrom von weniger als 0,1 nA und mit
niedriger Durchbruchspannung, normalerweise zwischen 5 V.
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und 10 V, bilden z.B. die in Sperrichtung betriebenen BasSs-Emitter-Strecken
vieler handelstblicher Siliziumtransistoren.
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Diese Durchbruchspannungen sind ausreichend zum Schutze elektronischer
Teile.
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Diodenstrecken geringer Kapazität werden z,B. durch sehr rasche Schaltdioden
realisiert, deren Kapazität ca. 1 pF beträgt. Durch die Serienschaltung beider Arten
von Diodenstrecken wird die Gesamtkapazität klein gehalten, so daß auch bei hoheren
Frequenzen keine Verfälschung infolge der Paralldschaltung auftritt.
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Der relativ hohe Rest Strom dieser Dioden bleibt wegen der vorgeschalteten,
oben beschriebenen Diodenstrecken unwirksam.
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Zum Schutze gegen tberspannungen einer Polarität (Gleichspannungen)
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Teil D der Diodenanordnung, mit kleinem
Rest strom und niederer Durchbruchspannung, aus einer oder mehreren in Serie geschalteten
Diodenstrecken, vorzugsweise den Basis-Emitterstrecken von Transistoren, besteht,
die so gepolt sind. daß sie bis zur Durchbruchspannung oder der Summe der Durchbruchspannungen
sperren und daß der andere Teil D2 der Diodenanordnung, mit kleiner Kapazität und
hoher Kniespannung, aus einer oder mehreren in Serie geschalteten Diodenstrecken,
vorzugsweise Silizium-Schaltdioden, besteht, die so gepolt sind, daß sie bis zur
Kniespannung oder der Summe der Kniespannungen sperren.
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Zum Schutze gegen ;jberspannungen wechselnder Polarität (Wechselspannungen)
wird weites erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Teil D1 der Diodenanordnung,
mit kleinem Reststrom und niederer Durchbruchspannung, aus zwei oder mehreren in
Serie geschalteten, gegeneinander gepolten Diodenstrecken, vorzugsweise den Basis-Emitterstrecken
von Transistoren, besteht, und daß der andere Teil D2 der Diodenanordnung, mit kleiner
Kapazität und hoher Kniespannung, aus zwei oder mehreren anti parallel geschalteten
Diodenstrecken, vorzugsweise Silizium-SchaltD'ioden, besteht.
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Fig. 1 stellt ein Schaltungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung
dar, das anzuwenden ist, wenn nur eine positive schädliche Überspannung zu erwarten
ist und nur positive Betriebsspannungen auftreten. Darin ist Zl ein zu schützender
vorzugsweise elektronischer Teil, der auch gegen kurzzeitige
berlastungen
empfindlich sein kann. Z2 ist ein vorgeschalteter ohmscher Widerstand oder eine
vorgeschaltete Induktivität. D stellt die mehreren in Serie geschalteten Diodenstrecken
mit kleinem Reststrom z.B. die Basis-Emitterstrecken von Transistoren dar. Diese
sperren mit kleinem Reststrom bis die an jeder einzelnen Diode auftretende Spannung
die an sich niedere Durchbruchspannung überschreitet. D2 stellt die mehreren in
Serie geschalteten Dioden mit kleiner Kapazität z.B. Silizium-Schaltdioden dar.
Diese besitzen eine sehr kleine wirksame Kapazität solange die an jeder einzelnen
Diode auftretende Spannung die Kniespannung nicht überschreitet.
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Fig. 2 stellt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltung für
Betriebs- und Überspannungen wechselnder Polarität dar. Darin ist wieder Z1 der
zu schützende Teil und Z2 ein strombegrenzender vorgeschalteter ohmscher Widerstand
oder eine Induktivität. Dl stellt die mehreren in Serie geschalteten, gegeneinander
gepolten Diodenstrecken mit kleinem Rest strom z.B, die Basis-Emitterstrecken von
Transistoren dar. Diese sperren in beiden Stromrichtungen mit kleinem Rest strom
bis an den einzelnen Dioden, die an sich niedere Durchbruchspannung überschritten
wird. D2 stellt die mehreren antiparallel geschalteten Diodenstrecken mit kleiner
wirksamer Kapazität z.B.
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Silizium-Schaltdioden dar. Die hohe Kniespannung der Dioden D2 daß
bewirkt dabei, die kleine wirksame Kapazität für beide Stromrichtungen bis zum Scheitelwert
des Meßbereichendwertes wirksam bleibt.