DE2020422C3 - Schwellwert Kippschaltung - Google Patents

Description

schaltung his auf den unteren Spaniiiingsvveri destvvert ab. Charakteristisch l'ü: ein solche- ι Lieder Schaltdiode ahnimmt. uahe/u keinen Virom leiiersehaltelenieni \-i. daß erst ein Mindesten dcführi. wobei der Spannungsteiler da/u d:.-nt. an Sieuerstnur.es überschritten wjrden muß. ehe es 1:1 seinem Knotenpunkt eine von einer äußeren leitenden Zustand übergeht.

Steuergröße abhängige Spannung /u iicicrn. die 5 In Fig. I is', eine Cirundaiisl'ihiung einer -.Jv^

über einen solchen Bereich veränderlich ist. daß tungsanordnung zur Einschaltung einer Belastung

entweder der Transistor leitend und die Schalt- mit HiIIe eines" 1 lalbleitei-.chal'.elements 1 dapjc-'.ci'

diode --pcrrend ist oder aber der Transistor Mvr- Parallel zur Reihenschaltung des Halbleiterschal!..¹!.:-

rend und die Schaltdiode leitend ist. monis 1 und der Belastung 2 liegt eine Reihensch;u-

imd die ferner gekennzeichnet ist durch eine au-- io umg aus einem Sch;·.,.er 3 und einem Widerstand 4.

schließlich galvanische Verbindung der kippschal- wobei der Widerstand 4 mit dem Tor des Haibieii-i-

tung mit der Gleichspannungsi|iielle und eine'solche schaltelcments 1 verbunden ist. Die Reihenschal'un;

Bemessung des Widerstands. Wß durch die Kipp- des 1 lalblei'.erschaltelements 1 und der Belastung 2

schaltung ein Gesamtst.rom f! ,.it. der größer ist als i·,; über die klemmen 5. fi an die Netz-Wechscl-

der für die Schaltdiode erforderliche Hallestrom vu- 15 spannung angeschlossen.

/ügl'Hi eines Stromes, der hei derselben Ilaltespan- Nach "dem Schließen des Schalters 3 wird eh-

;uiu» dieser Schaltdiode durch den Spaiinmv^ieikr Halbleiterschaltelement 1 erst leitend, wenn ile

fließt. " Wechselspannung Γ, einen b-stimmten Wert erreicht

in weiterer Ausbildung der Erfindung ist als hat. In F i e. 1 a ist der Spanrnuigs- und Stromverlain

Schaltdiode ein Diac vorgesehen. " 20 an dem Halbleiterschaltelement 1 für eine Vs ider-

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Standsbelastung dargestellt.

Schaltdiode mit der Steuerelektrode eines Halbleiter- Durch den Einschaltvorgang des Haioleiterschalt-

>chaltelements, z. B. ein Triac, verbunden, das mit elements weiden in jeder Halbperiode Störimpulve

seinen Hauptanschlüssen in Reihe mit einer Last an hervorgerufen, die entweder abgeschirmte Leitungen

die Speisespannung angeschlossen ist. 25 oder die Hinzufiigung einer Drosselspule in Reihe

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht mit dem Halbleiterschaltelement einschließlich der

darin, daß der Transistor an einer als Ausgang die- erforderlichen Kondensatoren and WC-Glieder ertor-

nenden Elektrode mit der Steuerelektrode eines zwei- dem.

ten Halbleiterschaltelements. 7. B.ein Triac, ver'um- Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile den ist. das mit seinen Hauptanschlüssen in Reihe 30 müßte der Steuerstrom des Haibleiterschaltclemit einer zweiten Last an der Speisespannung ange- mems 1 bereits zu Beginn jeder Halbwellc der Spanschlossen ist. ~ " nung vorhanden sein. Da eine induktive Belastung 2 Schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung vor- eine" Phasenverschiebung der Spannung am Halbgesehen, daß mindestens einer der Widerstände ganz leiterschaltelement mit der Netzspannung verursacht, oder teilweise durch einen gegebenenfalls mit einem 35 ist es weiterhin erwünscht, den Steuerstrom nach Reihenwiderstand verbundenen Kondensator derart dem Einschalten eine begrenzte Zeit auircchtzuerhalüberbru^kt ist, daß die Kippschaltung sich wie ein in- ten. Diese Bedingungen erfüllt die in Fig. 2 ciargcst::bilcr Multivibrator verhält. stellte Schaltungsanordnung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Bei dieser Schaltungsanordnung wird mit HiIIc aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der an- 40 einer Diode 7 und eines Kondensators 8 eine Gleichschließenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen spannung erzeugt, die genügend abgeflacht ist. um der Erfindung. In den Zeichnungen sind im einzelnen über den Schalter 3 und den Widerstand 4 den erfordarges.ellt " " derlichen Steuerstrom für das Halbleiterschaltele-F ig. 1 bis 4 Grundausführungen von Schaltanord- ment 1 zu liefern, der so bemessen ist, daß er nicht nungen in Verbindungen mit Kennlinien für den 45 unter den Minimalwert absinkt, der erforderlich ist. Spannungs- und Stromverlauf zur Erläuterung einzel- um das Halbleiterschaltelement irr, leitenden Zustand ner Hauptbestandteile einer steuerbaren Schaltvor- zu halten. Bei dem in Fi g. 2 zugrunde gelegten Anrichtung, Schluß der Diode 7 ist die Steuerspannung des HaIb-F i g. 5 eine Schaltungsanordnung einer ersten leiterschaltelemeits 1 negativ, so daß eine Zündung Ausführungsform einer Schwellwert-Kippschaltung 5c jeweils im zweiten und dritten Quadranten erfolg'. nach der Erfindung, " die die bevorzugten Bereiche für die Verwendun.-F ig. 6 bis 19 Schaltungsanordnungen sveiterer eines Triacs zu diesem Zweck sind. Eine Umkehrung Ausführungsformen von Schwellwerk-Kippschal- der Diode und damit der Steuerspannung kann bei tungen nach der Erfindung und passendem Triac ohne weiteres vorgenommen vver-F ig. 20 α bis 2Oe Beispiele für Schaltungsabvvand- 55 den. Das Halbleiterschaltelement verhält sich hei einlungen, bei denen der Diac durch eine Kombination geschaltetem Steuerstrom wie zwei entgegengesetzt anderer Schaltelemente ersetzt ist. parallelgeschaltete Kreise, die je zwei in Reihe ge-Die Erfindung beruht auf einer dreifachen Er- schaltete Dioden umfassen. Eine Einschaltung in den kenntnis über das Verhalten von drei verschiedenen beiden Kreisen erfolgt beim Erreichen der (tatsäch-Halbleiterschaltelementen, deren sinnvolle Verknüp- 60 lieh doppelten) Diodenspannung, wodurch praktisch fung die erfindungsgemäße Schwellwert-Kippschal- die volle Siauswelie durchgelassen wird, ohne daß tung ergibt. nach der Einschaltung noch irgendeine Störerschei-

Es ist bekannt, iiaß ein Hablciterschaltelement mit nung auftritt.

einer Steuerelektrode (Triac) durch einen Steuer- Die zweite Erkenntnis, auf der die Erfindung best rom an seinem Tor leitend gemacht werden kann. 65 ruht, ist das besondere Verhalten bestimmter Wech-

Wird der Steuerst 1 urn eingeschaltet, so sinkt der Lei- selstromschaltdioden. die für die Zündung von

tungswiderstand zwischen den Hauptanschlüssen des Triacs verwendet werden. Diese Wechselstromschalt-

Halbleiterschaltclements sehr schnell auf seinen Min- dioden, auch Diacs genannt, schalten im Gegensatz

/u normalen Schaltdiode bei einer bestimmten Gleichspannung ein und verlieren ihre Leitfähigkeit erst bei einer niedrigeren, jedoch noch verhältnismäßig hohen Spannung. Dies geschieht sehr plötzlich; außerdem tritt dieser Effekt in zwei Richtungen auf. Für gängige Typen liegt die Triggerspamning (überspannung) bei ^: oder 35 V und die Ausschaltspannung (Unterspannung) bei ι oder 28 V.

Schließt man entsprechend der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 einen Diac 9 im Gegensatz zu seiner normalen Anwendung in Reihe mit dem Widerstand 4 an eine Gleichspannung an und überbrückt den Diac durch einen veränderlichen Widerstand 10, so wird der Diac sich einschalten, wenn die Durclibnichspannung erreicht wird. Die Spannung um Diac \erringert sich dann bis zur Unterspannung, die aufrechterhalten wird, solange der Diac einen genügend großen Strom zugeführt bekommt. In diesem Zustand weist der Diac eine Art Zenereffekt auf. Dies bedeutet, daß selbst bei Anwesenheit einer Welligkeil der Spannung am Kondensator 8 die »Unterspannung« sehr stark stabilisiert ist.

Verringert man den Widersland 10. so fließt in diesem Zweig mehr Strom, und der Strom durch den Diac nimmt ab. Bei Unterschreilung eines bestimmten spezifischen Werts schaltet sich der Diac wieder aus. so daß der volle Hauptstrom plötzlich durch den Widerstand 10 Hießt. Die Spannung am Widerstand steigt wieder an. wodurch die überspannung des Diacs erreicht werden und ein pulsierender Effekt entstehen kann.

Nur bei Diacs mit einem sehr großen Unterschied /wischen der überspannung und der Unterspannung läßt sich der vorgenannte Effekt vermeiden. Der Diac verhall sich also in dieser einen Richtung wie eine Reihenschaltung einer normalen Schaltdiode und einer Zenerdiode. wobei die Spannung an der Zenerdiode die Unterspannung, die Schaltdiodenspannung die Unterschiedsspannung und die Summe der beiden die überspannung des Diacs darstellen.

Die dritte Erkenntnis, auf der die Erfindung beruht, ist die Spannungsabhängigkeit eines nicht stabilisierten Transistorverstärkers. Bei der in Fig.4 dargestellten Schaltungsanordnung ist ein Transistor 11 mit einem Emitterbasiswiderstand 13 und einem veränderbaren Widerstand 10 mit einem Diac 9 parallel geschallet. Wenn bei dieser Schaltung der Diac leitend ist und damit Unterspannung aufweist, so ist auch der Transistorverstärker an dieser niedrigen Speisespannung angeschlossen.

Eine derartige Schaltung zeigt folgenden überraschenden Effekt, der für die F.rfindung ausgenutzt wird:

Erhöht man den Basisstrom des Transistors 11, so wird der Transistor einen zunehmenden Strom führen, wodurch der Strom durch den Diac verringert wird. Beim Erreichen des Minimalstroms schaltet sich der Diac aus und der volle Strom fließt nun durch den Verstärker mit dem Transistor 11. Als Folge hiervon steigt die Spannung am Verstärker und damit auch am Spannungsteiler an. der aus den Widersländen 10 und 13 besteht. Mit ansteigender Spannung am Widerstand 13 wird der Transistor 11 weiter ausgesteuert. Der Transistor 11 verhält sich in diesem Fall jedoch nicht linear.

Der Strom durch den Transistor nimmt vielmehr im Vergleich zur Spannung iiberproportional zu. Dadurch kann die Oberspannung des Diacs nicht erreicht werden und der Strom fließt nach wie vor durch den Transistorverstärker, während der Diac keinen höheren Strom führen kann, abgesehen von einem äußerst geringen Verluststrom. Vergrößert man nun den Widerstand 10, so nimmt der Strom durch den Transistor 11 ab und die Spannung am Verstärker steigt an. Dieser Vorgang schreitet so weit fort, bis die Überspannung des Diacs erreicht wird, der sich dann wiedei einschaltet und die Spannung

ίο am Verstärker wieder auf die Unterspannung herabsetzt. Bei diesem letzten Schaltzustand ist die Einstellung des durch die Widerstände 10 und 13 gebildeten Spannungsteilers jedoch so, daß beim Einschalten des Diacs die Spannung am Widerstand 13 so weil abfällt, daß der Transistor 11 aus seinem Arbeitsbereich läuft. Er führt dann praktisch keinen Strom mehr, und der Hauptstrom fließt vollständig durch den Diac 9.

Um den Diac 9 wieder auszuschalten, ist eine erliebliche Verringerung des Widerstandes 10 erforderlich. Daneben ist bei einer durchschnittlichen Größe des Widerstandes 10 die Schaltung bistabil mit einer sehr großen Stabilität in beiden Stellungen und einer sehr geringen Störempfindlichkeit. Dieser Effekt wird aut Grund der Erkenntnis der Erfindung dadurch günstig beeinflußt, daß der Widerstand 4 so an die Speisespannung angepaßt wird, daß der gelieferte Gesaintslrom für den Diac und den Verstärker nur wenig über dem Minirnalstrorn des Diacs liegt. De:

vom Verstärker tür die Ausschaltung des Diacs /u liefernde Strom ist dann gering und somit die Eingangsempfindlichkeit relativ groß. Auf diese Weise erhält man eine steuerbare Schallvorrichtung, die wegen der relativ geringen Anzahl von Schaltelementen eine vorteilhafte Lösung darstellt.

Der Emillcrbasiswidcrstand 13 hat für das beschriebene Verhalten des Transisiorverstärkers eine besondere Bedeutung.

Dieser Widerstand darf nicht zu groß sein, da die Linearität des Verstärkers bei den verhältnismäßig hohen Spannungen dann zunimmt.

Auf Grund der vorstehend erläuterten Erkennt nisse läßt sich eine steuerbare Schaltvorrichtung ii ihrer einfachsten Form verwirklichen, wenn folgen· des berücksichtigt wird:

Der ständig im leitenden Zustand befindliche Diac hat eine relativ große Verlustleistung und kann be zu hohem Strom leicht beschädigt werden. Der Stcu erstrom für den Triac darf ebenfalls nicht zu wei über dem Haltestrom liegen, um eine zulässige War meentwicklung nicht zu überschreiten.

Andererseits stehen auf Grund der vorgenannte! Erkenntnisse Triacs zur Verfügung, die bei einen verhältnismäßig geringen Steuer-Gleichstrom bei ai der Steuerelektrode angelegten Spannungen, die grö ßer sind als die Doppeldioden-Spannung, vollständi| leitend bleiben. Werden nun die Schaltungsanord nungen der F i g. 2 und 4 miteinander kombiniert un ter Beachtung der Bedingung, daß der Haltestron des Diacs größer ist als der erforderliche Steuerstror des Triacs, damit dieser dauernd leitend bleibt, si entsteht die in F i g. 5 dargestellte erfindungsgemäß Schwellwert-Kippschaltung.

Das Wechselspannungsnetz wird an die Klem men 5 und 6 angeschlossen, wobei der O-Leiter voi zugsweise mit der Klemme 6 oder besser noch m einer geerdeten Seite des Speisenetzes verbünde wird.

7 8

Der Triac 1 ist mit der Belastung 2, die ein Ohm- seile des Diacs kapazitiv mit dem Abschluß 6 verscher Widerstand oder eine induktive Belastung sein bundcn wird, weil damit ein Sägezahnimpuls am Tor kann, in Reihe an das Netz angeschlossen. Parallel des Triacs erzeugt wird, entsprechend dem ursprüngzu den Klemmen 5 und 6 liegt ein Netzkondensator liehen Grund, aus dem der Diac entwickelt wurde.
12, (i'irch den vermieden werden soll, daß schnelle 5 Erfindungsgemäß kann davon auch für eine pul-Nctzsc'iwankungen (Störimpulsc) den Triac 1 ein- sicrcndc Schaltvorrichtung zur Schaffung eines Imschalten. Die Diode 7 liefert eine Gleichspannung mit pulsgcbcrs Gebrauch gemacht werden, der sich zur einer gewissen Welligkcit am Kondensator 8, der Steuerung eines Schritlschaltwcrkes eignet,
über den Widerstand4 den mit der Steuerelektrode Hier ist (s. Fig.6) parallel mit dem Widerstand 10 des Triacs 1 verbundenen Diac 9 speist. Zwischen io ein /?C'-Glied 13-14 verbunden. Mit der Variation der Oberseite des Diacs 9 und der Unterseite des des Widerstandes 10 kann nun von »konstant ein« Triacs 1 ist ein Transistorverstärker angeschlossen, über »pulsierend« nach »konstant aus« geregelt wcrdcr aus dem Transistor 11 und dem durch die Wider- den. Man erhält also mehr als ein Schrittschaltwerk, stände 10 und 13 gebildeten Spannungsteiler besteht. Erfindungsgemäß wird damit ein proportionaler

Der Widerstand 10 dient bei dieser Ausführung als 15 Stufenregler erhalten, der praktisch keinen

veränderlicher Eingangswiderstand. Bei allmählicher Hystcresc-Effekt zeigt. Dieser ist an sich schon von

Vergrößerung des Widerstands 10 schaltet sich der großem Interesse für die Anwendung in der Automa-

Diac9 plötzlich ein, übernimmt den Hauptstrom tisierung und kann auch für die Signalisierung an

durch den Widerstand 4 praktisch vollständig und Schaltpulten gute Dienste erweisen,

führt diesen dem Triac 1 zu, der wechselstromleitend 20 Erfindungsgemäß kann der Widerstand 10 ersetzt

wird und die Belastung 2 einschaltet. Bei allmähli- werden (s. Fig. 7) durch einen oder mehrere Emit-

chcr Verringerung des Widerstands 10 wird der Tran- terfolger, die einen Transistor 18 und einen durch die

sistor 11 einen geringeren Strom führen, wodurch der Widerstände 16 und 17 gebildeten Spannungsteiler

Diaestrom bis zum Haltestromwert abnimmt, der umfassen. Der Kollcktorschaltcr 19 ermöglicht es,

dann aber immer noch ausreicht, um den Triac einge- as mit einem Eingang von einem einfachen auf einen

schaltet zu halten. Bei weiterer Verringerung des doppelten Vorverstärker umzuschalten, um dadurch

Diarstromes setzt der Diac plötzlich aus, der Transi- die Empfindlichkeit zu verändern. In offenem Zu-

storvcrstärkcr übernimmt den vollen Strom und der stand des Schalters 19 dient der Transistor 18 dann

Triac 1 unterbricht den Hauptstrom im Kreis der Bc- nur als Diode. Auch der Widerstand 16 ist wesent-

Iastung2. 30 lieh für ein richtiges Funktionieren der Schaltung.

Der Eingangsverstärker mit dem Transistor 11 und Wenn man den Verstärkereingang der Ausfühdcm Diac9 hat mit einigen Mikrosckunden eine sehr rungsform nach Fig. ή kapazitiv kämpfen und Oberkleine Reaktionszeit. Diese Geschwindigkeit wird gangseffekte durch den Kondensator vermeiden will, durch den Triac nur um wenige Mikrosekunden ver- so sind erfindungsgemäß Vorkehrungen zu treffen ringert. Die Netzfrequenz bildet also die einzige Bc- 35 wie in Fig. 8 angegeben:

schränkung der Reaktionszeit dieser Schaltvorrich- Das Eingangsdatum, d. h. das dem Eingang zuge-

tung. führte Kommandosignal, wird über einen Vorw'Jer-

Dic überraschende Einfachheit der erfindungsge- stand parallel zum Dämpfungskondensator 15 über mäßen Schaltung entsteht durch die Aufrechterhai- den Widerstand 14 der Transistorbasis zugeführt, tung der Unterspannung des Diacs als Speisespan- 40 Der Widerstand 20 vermeidet dann das »Pendeln« nung für den Eingangsverstärker, wofür also keine des KC-Gliedes 1415. Die Oberseite des Widerstan-Sonderspeisung erforderlich ist. Dieses ist deswegen des 20 kann statt an den Emitter auch an einen Zapso wichtig, weil die Verlustleistung des Widerstan- fenpunkt des Speisewiderstandes 4 gelegt werden, des 4 ziemlich groß ist und eine Sonderspeisung die Der Verstärkereingang wird durch die Dämpfung sehr Wärmeentwicklung der Schaltung erheblich steigern 45 unempfindlich gegen Strahlung und Störungen und würde. kann ohne Abschirmung ausgeführt werden.

Die erhaltene Schaltvorrichtung kann schon als Erfindungsgemäß läßt sich diese gedämpfte Schaleinfacher Photowiderstand-Schaltverstärker dienen, tung kombinieren mit der von F i g. 7 und unter Zuwobei der Photowiderstand an Stelle des Wider- satz eines FET-Transistcrs 21 nach F i g. 9 zu einer stands 10 angeschlossen wird. Die Schaltvorrichtung 50 Universalschaltvorrichtung mit drei Eingangsempliefert dann auch die dafür erforderliche Gleichspan- findlichkeiten von 100 Kilo-Ohm, 1 Megohm und nung. 1 Giga-Ohm. Sogar bei der letzten Eingangsempfind-

Die Anordnung des Transistorvorverstärkers ist lichkeit schaltet der Verstärker noch einwandfrei

bewußt so gewählt, daß eine der Seiten des Eingangs- ohne irgendwelche nachteiligen Übergangserschei-

regelwiderstandes mit der Netzklemme 6 verbunden 55 nungen.

werden kann, was bei einem einseitig geerdeten In F i g. 9 ist mit den Eingangsklemmen 26 und 27

Wechselstromnetz auf Erde hinauskommt. Die der FET-Vorverstärker, der das FET 21, den Quel-

Schaltvorrichtung hat dann einen geerdeten, auf Ienwiderstand 22 und den Eingangsspannungsteiler

Gleichspannung wirkenden Eingang, der niedriger ist 23-24 umfaßt, verbunden. Der Widerstand 24 schal-

als die Oberspannung des Diacs. Man kann diese auf 60 tet die Schaltvorrichtung bei angepaßten Dimensio-

maximal 36 V oder 24 V einstellen und kann damit nen bei einem Widerstand von 1 Giga-Ohm aus und

unter den landesgemäß zulässigen Höchstwerten für beim Größerwerden wieder ein. Der kleine Konden-

die Spannung elektronischer Steuereingänge bleiben. sator 25 dient zur Dämpfung gegen Wechselfelder

Es ist erfindungsgemäß wesentlich, daß der Ein- und Impulsstörungen. Ohne den Spannungsteiler

gangsteil der Schaltvorrichtung an die Wirkung auf 65 kann der Verstärker auf statische Ladungen der Ba-

die variable Spannung zwischen Unter- und Ober- siseingangsklemme des FET-Transistors schalten. Es

spannung des angewandten Diacs angepaßt ist. Es versteht sich, daß der Transistorverstärker von

wird z.B. immer zu vermeiden sein, daß die Ober- Fig.5 auch umgekehrt werden kann (Fig. 10) und

9 10

daß der Transistor Il durch einen entgegengesetzten über einen Reihenvviderstand 37, der durch einen

Typus ersetzt werden kann. Der Widerstand 13 ist Kondensator 38 überbrückt ist, mit der anderen Seite

nun der F.ingangswiderstand und kann einseitig geer- des Widerstandes 4 verbunden. Der gemeinsame

det sein. Die F\ingan<:sspannung ist sehr niedrig, was Punkt 29 kann nunmehr in Erdrichtunsj pulsiert wer-

manehmal vorteilhaft sein kann. Die Anwendung 5 den, wodurch der eine Diac zu leiten aufhört und der

eines ten.,ierali:rabhänt;iiien Widerstandes gibt dort andere zu leiten beginn!. Der vorgeschaltete Transi-

eine sehr große Tempenilureinpfindlichkeit. Die stör 40 kann den benötigten Impuls geringer machen.

Schaltung schallet nunmehr umgekehrt in bezug auf Die Wirkung läßt sich wie folgt erklären:

Fig. 5. Wünscht man eine höhere F.ini:angssp;m- Wen:! der Diac 9 leitet, wird der Widerstund 35

nung. z. B. für das Ankuppeln von Vorverstärkern, io stromführend. Daher steht dann eine Spannung am

so kann man eine Zenerdiocle 28 hinzufügen Kondensator 36 an. Die Spannung am Kondensator

(Fig. M), die in der Fimitterlcitung des Transistors 38 ist dann gleich null, weil der Diac 34 keinen

angeordnet ist. Die Anwendung eines ftf'-Cilicdes Strom führt. Dieser kann auch nicht leitend werden,

zwischen der Basis und dem Kollektor dieses Transi- weil der Diac 9 den Punkt 39 knapp über iLssen Un-

stors gibt dann wieder einen ÜbergangsefTekt, der pro- 15 tcrspanniing hält, die niedriger ist als die Oberspan-

portional abhängig von dem F.ingangswiderstand ist. nunsi des gleichartigen Diacs 34.

Die Schaltung nach I· i g. I I liefert eine übcrra- Wird das Potential an der Stelle 39 impulsweisC

sehend einfache Ausgangsstufe für Computer und di- verringert, so wird der Diac 9 gelöscht, aber die

gilale Steuervorrichtungen: Man wählt dann die Spannung am Kondensator 36 bleibt noch kurz er-

Zenerspannung knapp unter der Hälfte der Arbeits- 20 halten. Nach Beendigung des Nadelimpulses steigt

spannung des Computers. dann die Spannung wieder und diese wird bei Abwe-

Aber auch analoge Ausgangssignale von Compu- senheit einer Spannung am Kondensator 38 zuerst

tern lassen sich so ausgezeichnet auf jedem ge- den Diac 34 zünden lassen. Verringert man dann

wünschten Spannungsniveau ablesen. Die Erfindung wieder das Potential, so löscht der Diac 34 und der

gibt mit den Schaltungen der F^r i g. 5 und 1 I also /wei 25 Diac 9 zündet erneut. Der erforderliche Umschaltim-

I liiupiformen, die mit einer Vielzahl von Vorsatzgc- puls ist stets gleichgerichtet und kann mit dem Tranräten, die ein mit einer variablen Impedanz übercin- sistor 40 umgekehrt werden.

stimmendes Ausgangssignal liefern, verbunden wer- Hs ist deutlich, daß der Diac 34 wieder einen zvvei-

den können. Daneben gibt sie die besonderen Vor- ten Triac steuern kann, wie in F i g. 15 angegeben,

kchrungcn zur Vermeidung iiiigewiinschici Lifekic 3" Die F.rfinuung buiuizt deü !iiMubiien Charakter

an. der Schaltung nach Fig. 10 bei einem durchschnittli-

Bci der Schaltvorrichtung nach der Erfindung wird eben Wert des Widerstandes !3 zum Erhalten eines

beim Umschlagen lies Diacs der Strom im Transistor impulsempfindlichen Eingangs, der nun aber auch

II plötzlich mit dem des Diaestroms verändert. Die- richtungsempfindlich ist:

scr Diaestrom reichte aus. um einen Triac zu schal- 35 Die Schaltung nach Fig. 16 schaltet bei einem ne-

ten. Dies führt zu einer Schaltvorrichtung mit zwei gativen Impuls aus und bleibt ausgeschaltet. Bei

Ausgängen, die entgegengesetzt geschaltet werden. einem positiven Impuls schaltet sie sich wieder ein

Die Verlustleistung der Schaltung bleibt dann in bei- und bleibt auch eingeschaltet,

den Stellungen gleich: Nach Fig. 17 wird mit dem Triac 1 wieder in

In Fig. 12 ist diese Schaltung dargestellt, bei der 40 überraschend einfacher Weise ein gegenseitig damit

der Kollektor des Transistors Il mit dem Tor des schaltender Triac 29 verbunden:

zweitei: Triacs 29 verbunden ist, der in Reihe mit der Der Emittier des Transistors 11 wird nun über den

zweiten Belastung 30 parallel zum Netz geschaltet Widerstand 41 mit dem Tor des zweiten Triacs 29

ist. verbunden. Der Widerstand 31 führt den Strom wie-

Der Widerstand 31 ist so gewählt, daß er den 45 der ab, wenn der Diac 9 eingeschaltet ist. Der Kon-Strom des Transistors Il aufnimmt, wenn der Diac 9 densator 42 entkuppelt den Emitter gegen Erde unc noch nicht ausgeschaltet ist. Der äußerst geringe gibt so eine größere Eingangsempfindlichkeit. Diese Spannungsabfall über den Widerstand 31 beeinflußt Schaltvorrichtung eignet sich ausgezeichnet als Comden Transistorverstärker praktisch nicht, so daß alle puterendstufe angesichts der äußerst geringen benövorhergehenden Erweiterungen bezüglich diesesVer- 50 tigten Impulsenergie und Spannung: stärkers unter dieselben Vorschriften fallen. Fällt die Spannung am Eingangskondensator 43

Wenn man Triacs anwenden will, die empfindli- rasch ab, so schaltet sich die Schaltvorrk! ung aus

eher gegen ihre Torspannung sind, so liefert Fig. 13 nimmt sie schnell zu, so schaltet sich die Schaltvor-

eine Variante zu Fig. 12: richtung ein. Der Widerstand 41 kann auch durch

In Fig. 13 ist der Widerstand 31 durch einen 55 eine Diode oder Zenerdiode ersetzt werden. Die Blockiertransistor 32 ersetzt, der praktisch keinen Schaltung kann kapazitiv völlig von einem Computei Steuerstrom am Tor des Triacs 29 zuläßt, solange getrennt werden.

der Diac 9 leitend ist. Dieser Diac steuert dann näm- Es ist von großem Interesse, daß die beschriebe

lieh über den Widerstand 33 auch diesen Transistor ' nen Ausführungsformen der erfindungsgemäßer

32 aus. ^6o Schaltvorrichtung in sehr auseinandergehenden Wei-

Wenn man die Schaltvorrichtung mit einem fL'.r sen aus einer oder zwei Wechselstromquellen geImpulse geeigneten Eingang zu versehen wünscht, so speist werden können, von denen im letzteren FaI! kann erfindungsgemäß der Transistorverstärker die Spannung nicht gleich zu sein braucht und sogai durch einen zweiten Diac ersetzt werden. Dies ist in die Frequenz nicht.

Fig. 14 wiedergegeben. Hier ist in Reihe mit dem 65 Fig. 18 gibt an, wie die Vorrichtung von Fig.i Diac 9 ein kleiner Widerstand 35 aufgenommen, der aus zwei Netzen gespeist wird:

durch einen Kondensator 36 überbrückt ist. Der Das erste Netz ist an die K'emmen 47 und 48 an-

zweite Diac 34 ist einmal mit Erde und zum anderen geschlossen und speist die ursprünglichen Eingangs-

klemmen 5 und 6. Die Belastung 2 ist m>n aber nicht mehr mit der Klemme 5 verbunden, sondern mit der Klemme 45 des /weiten Netzes, das über die Klemme 46 auch mil der Hingangskiemine 6 verbunden ist. Sowohl die Spannung wie die Frei|uen/. des /weiten Net/es dürfen von denen des ersten Net/es abweichen, sol'crn man dafür sorgt, daß eine Kupplung der Netze gestattet ist und der Triac 1 an die Spannung und die Frequenz des /weiten Netzes angepal.it ist, während die Schaltvorrichtung dauernd imstande sein muß, den erforderlichen Torsirom /u liefern Die Schallvorrichtungen lassen sieh auch unbedenklich parallel aus einem Speisenet/, speisen und eiwünschtenfalls auch parallel an einem zweiten Speisenet/, mit den Belastungen ansehließen.

Weiu'ct man einen Nei/.trennlransformator an, so kann vorzugsweise die Klemme 6 geerdet weiden. Dann kann man alle Arten von Hingängen so ausführen, daß diese sich auch einseilig an Hrcle anlegen lassen, was eine gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen parallclgeschaltcten Schalt vorrichtungen nach der Hrfindung vermeidet.

Die Speisespannung kann erfindungsgeniaß auch aus einer Gleichspannung bestehen für das erste Net/. und aus einer pulsierenden Gleichspannung für das /weite Netz. Dabei muß aber für eine gute periodische Nullstellung der Spaniumg dieses Netzes gesorgt werden, sonst löscht der Tiiuc nicht nach dorn Ausschalten des Diacs. Der Triac kann in diesem Fall durch einen Thyristor mit derselben Eingangscmpfindlichkeit ersetzt werden.

Die Hrfindung bezweckt hiermit die Schaffung einer I Jniversalschaltvorrichtung, die in einfacher Weise an zahlreiche Arten von Hingangselementen, Vorverstärkern, Computern u. dgl., wie diese bei der Automatisierung benutzt werden, angepaßt werden kann. Auch die Speisung ist in vielen Variationen möglich und gibt dem Automatisicrungsfaehmann die Freiheit, diese seinen Bedürfnissen anzupassen.

Die Schaltvorrichtung kann sehr klein gebaut werden, sogar mit einfachen Komponenten, und zwar durch ihre überraschende Einfachheit und die geringe Zahl der Einzelteile. Die Betriebssicherheit ist groß und die Lebensdauer außerordentlich lange im Vergleich zu Schaltungen mit denselben Komponenten, die nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung arbeiten. Diese schalten nämlich mit doppelter Netzfrequenz, womit eine schnellere Alterung, vor allem des Triacs. gegenüber der Schaltvorrichtung nach der Erfindung \erblinden ist, 'ici de·· ein Durchschalten des Triacs unmittelbar nach dem Nulldurchgang ohne Hinsclialtprobleme stattfindet. Durch den :; Anschluß eines Neonindikulors parallel /um BcIasuingsausgang liißt sich auch ohne Anschluß dieser Belastung feststellen, ob die Schaltvorrichtung eingeschaltet ist, da eine Neonlampe bei eingeschaltetem Triac mit voller, dagegen bei ausgeschaltetem Triac

id mit halber Lichtintensität brennt. In Fig. l⁽) ist dies in Form einer Neonlanipe 49 und eines Reihcnwiderslandes 50 parallel zur Belastung2 dargestellt. Diesen Schaltelementen kann noch ein sehr großer Widerstand 51 parallel zum Triac 1 hinzugefügt wcrden. Man erhält nunmehr die nachfolgenden Kontrollangaben aus der Neonlanipe:

Ist (.lic Belastung angeschlossen, so geht die Neonlanipe beim Schalten der Vorrichtung voll an und aus. 1st die Belastung nicht verbunden, so brennt die Neonlanipe bei eingeschaltetem Triac voll und bei ausgeschaltetem Triac halb. Man erhält dann ohne komplizierte Ausgangsverbindungen über Tlilfskontakte unmittelbar die Information, ob die Belastung verbunden ist oder nicht. Auf diese Weise läßt sich ohne ein elektronisches Meßinstrument die richtige Wirkung der Vorrichtung überprüfen. Das ist von größtem Interesse für die Überprüfung der Schaltvorrichtung durch Elektrotechniker, die keine besondere elektronische Ausbildung durchgemacht haben.

Nach einer weiteren Erkenntnis der Erfindung kann der Diac auch durch eine Kombination mehrerer Komponenten ersetzt werden, die dieselbe gemeinsame Wirkung zeigen wie ein einfacher Diac.
Die F i g. 20 a bis 20 c zeigen hierzu einige Möglichkcilen:

Nach F i g. 20 a ist eine Schaltung mit einem Thyristor 54 vorgesehen, der mit einer Zcnerdiode 55 eingeschaltet wird und in Reihe mit einer weiteren Zenerdiode 56 angeordnet ist,

Fig. 20b zeigt eine Variante hinsichtlich der Anordnung der gleichen Elemente,

F i g. 20 c zeigt eine Schaltung, bei der gegcnübei F i g. 20 a der Thyristor mit der Zünddiode durcr eine Schaltdiode 57 ersetzt ist,

Fig. 2Od zeigt eine Lösung mit zwei Transis.orcr und zwei Zenerdioden und

Fig. 20 c zeigt eine Transistorschaltcinhcit mi einer Zenerdiode in Serie.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Auf Jem (iebiel der elektronischen Aulomatisie- !'aieiiiansiinichc. mim besteht ein ständig wachsendes Bedürlnis nach steuerbaren Scharon iclitungen zur I !in- bzw. Aus-

1. Sciiwellwcrt-kippschallung. die von einer schaltung \on elektrischen Strömen, insbesondere (ilcichspannuiiüsquelle »espeist wird, uekenn- 5 ^v\ ccli'-clstiöinen. die keinerlei bewegliche Kontakl-/e ich ne t durch drei über einen Widerstand teile enthalten. Dciarligc Schaltvorrichtungen sollen (-11 an die Speisespannung parallel anue^chlos- h-^i einfacher Ausführung eine große Betriebssicher- -ciic SiMiivuugc. nämlich eine .schaltdiode (9i. heu haben und eine geringe Empfindlichkeit gegen deren Spaiiiiun^skennlinie einen bestimmten nbe- Nc!·'- und Strahlungsstörungen besitzen. Sofern diese reu Spannimgswert, bei dem die Diode leitend io vhaluorriclitungcn ,um Steuern von Magnelschaluirtl. und einen bestimmten unteren Spannung- lein verwendet weiden, sollen sie außerdem eine v-.ert. bei dem mc gesperrt wird. hat. einen Ί ransi- -char! definierte Siromeinschalt- und Stromausschaltstor (Ii) und einen SpannimuMeilcr ( 10. 13: 13. kennlinie aufweisen, und /war ungeachtet der großen !6. !7. 18: 13. 14. 21. 22). wobei dieser Span- Verschiedenheit der Steuersignale, die dem Eingang uungs'.eilev so bemessen ist. daß der Transistor 13 b/w . den Eingängen der Schaltvorrichtung zugeführt (M). solange die Schaltdiode (9) leitend ist und werden.

dadurch die Speisespannung der Kippschaltung Es soll weiterhin möglich sein, den kontaktlos gehis auf den unteren Spannungswert der Schah- -chalteten Ausgang mechanisch zu unterbrechen, diode (9) abnimmt, nahezu keinen Strom führt. ohne daß dadurch 111 der Eunktion irgendeines Teiles und wobei der Spannungsteiler dazu dient, an sei- 20 der Schaltvorrichtung eine Störung eintritt. Dies ist nem Knotenpunkt eine von einer äußeren Steuer- notwendig, um die Schaltvorrichtung an die besteeröße abhängige Spannung zu liefern, die über henden elektronischen Schalttechnikcn anschlieeineu solchen Bereich veränderlich ist. daß ent- !Jen zu können, nei denen die Steuerlinien nach Mav.eder der Transistor (II) leitend und die Schalt- gnetsehaltern oft über Unterbrechungskontakle andediode (9) sperrend ist oder aber der Transistor 25 rer Schalter, beispielsweise zur Vermeidung einer (11) sperrend und die Schaltdiode (9) leitend ist. gleichzeitigen Einschaltung von zwei Schaltern, geferner gekt m/eichnet durch eine ausschließlich führt werden. Schließlich soll eine derartige Schaltgab 'attische Verbindung d-r Kippschaltung mit vorrichtung weniger Rundlunkstörungen hervorrufen der Gleichspanuungstiuelle und eine solche Be- als ein Verstärker mit einem Relaisausgang, ohne messung des Widerstands '4). daß durch die ³° daß durch die erforderlichen Entstörungsmaßnaliinen Kippschaltung ein Gesamtstrom fließt, der größer der Herstellungspreis der Schaltvorrichtung wesentist als der für die Schaltdiode (9) erforderliche lieh erhöh! wird, wie dies häufig bei Halbleiterschalt-Haltestrom zuzüglich eines Stromes, der bei der- elementen der EaII ist. und ohne daß abgeschirmte selben Haltespannung dieser Sehaltdiode (9) Leitungen hinter der gesteuerten Belastung erforderdurch den Spannungsteiler fließt. ³⁵ lieh sind.

2. Schwellwert-Kippschaltung nach An- Die Schaltvorrichtung soll weiterhin eine äußerst Spruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Schalt- »edrängte Bauweise haben, vorzugsweise ohne die diode (9) ein Diac vorgesehen ist. Anwendung integrierter 1 !entente zur Aufrechterhal-

3. Schwellwcrt-Kippschaltung nach Anspruch I tun» einer breiten Anpassungsflexibilität. Sie darf oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- 40 keine umfangreichen Transformatoren oder Spulen diode ( 9) mit der Steuerelektrode eines Halb- aufweisen und soll ferner bei der Speisung mit der lei'.jrsjhalteiements. z. B. ein Triac (1), verbun- vorhandenen Nctzwechselspannung einerseits eine den ist. das mit seinen Hauptanschlüssen in Spannung liefern, die sich zur Steuerung handelsübli-Reihe mit einer Last (2) an die Speisespannung eher Schütze, Schalter. Ventile, Magnete, Lampen (5. 6) angeschlossen ist. 45 od. dgl. eignet, und andererseits eine Gleichspannung

4. Schwellwert-Kippschaltung nach An- /ur Speisung der an den Eingang anzuschließenden Spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tran- Steuerelemente und Vorverstärker liefern.

sistor (11) an einer als Ausgang dienenden Elek- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

trode mit der Steuerelektrode eines zweiten Halb- steuerbare Schaltvorrichtung zu schaffen, die die vor-

leiterschaltelenients, z. B. ein Triac (29), verbun- 50 genannten Anforderungen erfüllt und nach Art einer

den ist. das mit seinen Hauptanschlüssen in Kippschaltung bei einem scharf definierten Wert der

Reihe mit einer zweiten Last (30) an der Speise- Steuergröße, z. B. einer Steuerspannung, von einem

spannung (5. 6) angeschlossen ist. ersten in einen zweiten Schaltzustand kippt.

5. Schwellwert-Kippschaltung nach einem der Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist eine von vorhergehenden Ansprüche I bis 4, dadurch se- 55 einer Gleichspanniingsquelle gespeiste Schwellkennzeichnet, daß mindestens einer der Wider- wert-Kippschaltung vorgesehen, die gemäß der Erfinstiinde (10; 21, 22) ganz oder teilweise durch dung gekennzeichnet ist durch drei über einen einen gegebenenfalls mit einem Reihenwiderstand Widerstand an die Speisespannung parallel ange-(14) verbundenen Kondensator (15) derart über-' schlossenc Stromzweige, nämlich

brückt ist. daß die Kippschaltung sich wie ein in- 60 a) eine Schaltdiode, deren Spannungskennlinie

stabiler Multivibrator verhält. einen bestimmten oberen Spannungswert, bei

dem die Diode leitend wird, und einen bestimm-

ten unteren Spannungswert, bei dem sie gesperrt

wird, hat,

65 b) einen Transistor und

Die Erfindung betrifft eine Schwcllwert-Kippschal- e) einen Spannungsteiler, der so bemessen ist, daß

g, die von einer Gleiclispannungsquelle gespeist der Transistor, solange die Schaltdiode leitend

d. ist und dadurch die Speisespannung der Kipp-