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Schaltungsanordnung zur Verzögerung des Anzugs und des Abfalls eines
Schalters Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verzögerung des Anzugs
und des Abfalls eines Schalters, der von einem Schaltkontakt gesteuert wird und
dessen Schaltzustand von der an seinen Eingangsklemmen anliegenden Spannung abhängt.
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Verwendet man beispielsweise ein Relais als Schalter, so kann man
eine Anzugs- bzw. Abfaliverzögerung durch die Parallelschaltung eines Kondensators
zur Erregerwicklung erreichen, wobei zusätzlich ein ohmscher Widerstand in Serie
zu dem das Relais steuernden Schaltkontakt geschaltet wird. Hierbei lassen sich
allerdings nur geringe Verzögerungen erzielen, es sei denn,man verwendet sehr große
Kondensatoren, die aber aus praktischen GrUnden unerwünscht sind. Außerdem wird
der Abfall des Relais wegen dessen Hysterese durch den Kondensator mehr verzögert
als der Anzug. Zusätzlich ergibt sich noch der Nachteil, daß eine derartige Schaltung
integrierend wirkt, d.h., daß sich der Kondensator, wenn vom Schaltkontakt kurzzeitige
Impulse ausgehen, die einzeln zur Erregung des Relais nicht ausreichen, nach mehreren
Impulsen so weit auflädt, daß das Relais anspricht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine S¢haltungsanordnung
zur Verzögerung des Anzugs und des Abfalls eines Schalters zu schaffen, die eine
in weiten Grenzen wEhlbare, lange Anzugsverzögerung bewirkt, bei der die Ab£allverzdgerung
zugleich klein im Verhältnis zur Anzugsverzbgerung istt
und die
darüber hinaus einfach im Aufbau und betriebssicher ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein als Smitterfolger
geschalteter Transistor vorgesehen ist, dessen Kollektor am einen Pol und dessen
Emitter unter Zwischenschaltung der Eingangsklemmen des Schalters am anderen Pol
der Versorgungsspannung liegt, daß zwischen dem einen Pol der Versorgungsspannung
und der Basis des Transistors der Schaltkontakt mit einem ohmschen Widerstand in
Serie geschaltet ist, daß zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors zwei
Dioden derart gleichsinnig in Serie geschaltet sind, daß die Anode der ersten Diode
an der Basis und die Kathode der zweiten Diode am Emitter des Transistors liegt,
daß die Summe der Schwellenspannungen der beiden Dioden größer gewählt ist als die
Schwellenspannung der Basis-Beitterdiode des Transistors und daß zwischen dem Verbindungspunkt
der beiden Dioden und dem anderen Pol der Versorgungaspannupg ein Kondensator eingeschaltet
ist.
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Wenn man in dieser Art verfährt, bestimmt die aus dem Kondensator
und dem ohmschen Widerstand gebildete Zeitkonstante die Verzögerung des Anzugs,
die aus dem Kondensator und dem Bingangsviderstand des Schalters gebildete Zeitkonstante
die Verzögerung des Abfalls des Schalters. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung
findet als Schalter ein elektromechanisches Relais oder nach einer weiteren Ausgestaltung
eine Transistorstufe Verwendung, in deren Eingangskreis eine Zenerdiode liegt. Aufgrund
der Eigenart der Schaltung ist zur Erzielung einer großen Verzögerung des Anzugs
nur ein verhältnismäßig kleiner Kondensator erforderlich, da ein großer Wert ftlr
den ohmschen Widerstand gewählt werden kann. Durch die Verwendung eines relativ
kleinen Kondensators ergibt sich eine wenig aufwendige Lösung, die sich außerdem
durch geringen Raumbedarf auszeichnet. Insbesondere ist bei Schaltungsanordnungen
nach
der Erfindung vorteilhaft, daß sie unter Berücksichtigung der zugelassenen und angestrebten
Bauhöhen auf gedruckten Schaltungsplatten aufbaubar sind, so daß sich für sie ein
großer Anwendungsbereich erschließt. Zugleich ergibt sich durch die Verwendung eines
Kondensators mit relativ kleiner Kapazität der Vorteil, daß die Einhaltung einer
relativ kurzzeitigen Verzögerung für den Abfall des Schalters gewährleistet ist,
zumal der Eingangswiderstand des Schalters um Größenordnungen niedriger ist als
der Wert des für die Aufladung des Kondensators wirksamen ohmschen Widerstandes.
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Ferner ist vorteilhaft, daß während einer Signalgabe vom Schaltkontakt
wegen des großen Wertes des ohmschen Widerstandes ein nur äußerst schwacher Signalstrom
fließt, so daß der Schaltkontakt praktisch nicht belastet wird. Nach einer Weiterbildung
der Erfindung ist dieser Schaltkontakt als Transistorstufe ausgebildet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verzögerung
des Anzugs des Schalters größer gewählt als die Dauer eines Impulses einer vom Schaltkontakt
ausgehenden Impulsfolge. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Spannung an
den Eingangsklemmen des Schalters während der Dauer eines Impulses nicht 8o weit
ansteigen kann, daß der Schalter anzieht, bzw. schließt. Ein Anzug des Schalters
wird vielmehr erst dann bewirkt, wenn anstelle eines relativ kurzen Impulses ein
Signal auftritt, dessen zeitliche Erstreckung größer ist als die Verzögerung des
Anzugs.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,-daß die Verzögerung
des Abfalls des Schalters kleiner gewählt ist als die Pause zwischen zwei Impulsen
einer vom Schaltkontakt ausgehenden Impulsfolge. Durch diese Maßnahme erhält man
den Vorteil, daß eine Folge von Impulsen, die jeweils zu kurz sind, um den Schalter
zum Anzug zu bringen, den
Schalter auch nicht zum Anzug bringt,
da der die Spannung an den Eingangsklemmen des Schalters bestimmende Kondensator
in den Pausen zwischen den Impulsen immer wider entladen wird.
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Bemißt man die Verzögerungen des Anzugs und des Abfalls des Schalters
in der angegebenen Art, so sind kurzzeitige I.mpulse von länger andauernden Signalen
unterscheidbar. Während bei kurzzeitigen Impulsen am Ausgang des Schalters kein
Signal auftritt, wird ein länger andauerndes Signal an diesen Ausgang weitergegeben.
Eine Störung durch eine Folge kurzzeitiger Impulse ist dabei ausgeschlossen. Die
Schaltungsanordnung nach der Erfindung findet bevorzugt zur Unterscheidung zwischen
Wählimpulsen, wie sie zum Beispiel ein WWmmennschalter abgibt und Dauerzeichen Verwendung,
wobei lediglich die Dauerzeichen weitergegeben werden. Eine weitere Anwendung besteht
beispielsweise darin, sie bei der Datendbertragung auf Fernsprechleitungen als Zeitschaltung,
als sogenannten "Tonedisabler't zu verwenden, mit der die bei Datendbertragung störenden
Echosperren während des Auftretens von Datensignslen unwirksam gemacht werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellti
Ausführungsbei spielen näher erläutert.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nacii der Erfindung,
bei der ein Relais als Schalter verwendet ist, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf eines
Signals am Schaltkontakt S der Fig. 1, Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Spannung
am Kondensator C der Fig. 1, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Signals am Kontakt
a des in Fig. 1 abgebildeten Relais A,
Fig, 5 eine Schaltungsanordnung
nach der Erfindung, bei der eine Transistorstufe, in deren Eingangskreis eine Zenerdiode
liegt, als Schalter verwendet ist.
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Bei der in Fig. 1 gezeigLen Schaltungsanordnung, die mit der Betriebsspannung
UB gespeist wird, ist der Schaltkontakt S im Ruhestand geöffnet, tiariit ist die
Spannung am Kondensator C gleich null. Der als Smitterfolger geschaltete Transistor
T1 ist gesperrt, womit das als Schalter dienende Relais A abgefallen und dessen
Kontakt a geöffnet ist. Wird der Schaltkontakt S zum Zeitpunkt T0 (Fig. 2) geschlosseii
(Schaltzustand 1), so fließt Strom durch den Widerstand R und lädt den Kondensator
C auf. Ein geringer Teil dieses Stromes fließt als Basisstrom in den Transistor
T1 und bewirkt, daß die Spannung am Relais A immer etwa der Kondensatorspannung
UC (Fig. 3) entspricht. Uber die Diode G2 fließt kein Strom, da die Stinune der
Schwellenspannungen von G1 und G2 größer ist als die Schwellenspannung der Basis-Emitterdiode
des Transistors T1. Die Spannung am Kondensator C steigt, wenn man von der Belastung
durch den Transistor Ti absieht, mit der tkonstanten T = RC an und folglich auch
die Spannung am Relais A. Der Verlauf dieser Spannung in Abhängigkeit von der Zeit
ist exponentiell (Fig. 3). Außerdem gilt die i?orderung, daß der Basisstrom des
Transistors Ti bis zum Ansprechen des Relais A gegenüber dem Ladestrom des Kondensators
klein ist, d.h., daß das Produk-t auo Relaiswicklungswiderstand RR und Stromverstärkung
B des Transistors Tl sehr groß gegenüber dem Wer-t des ohmschen Widerstandes R ist.
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13 B » R Sobald die Relaisanzugsspannung Uan erreicht ist, beispielsweise
liegt sie bei der Hälfte der Betriebsspannung UB, zieht-das Relais A an und schließt
den Kontakt a. Dieser
Zeitpunkt ist in Fig. 3 und Fig. 4 mit T1
bezeichnet, der Kontakt a wechselt vom Schaltzustand 0 zum Schaltzustand 1 (Fig.
4). Die zwischen den Zeitpunkten T0 und T1 verstrichene Zeit t1 stellt die Verzögerung
des Anzugs dar. Gemäß des exponentiellen Verlaufes der Spannungen am Kondensator
C und am Relais A und den Voraussetzungen, daß die Anzugsspannung Uan gleich 0,5
UB und RR . B » R ist, ergibt sich für die Verzögerungszeit des Anzugs t1 t 0,7
R C.C. Nach dem Zeitpunkt T1 steigen die Spannungen am Kondensator C und am Relais
A weiter und zwar bis auf einen Wert, der ungefähr der Betriebsspannung UB entipricht.
Der Wert, den diese Spannung erreicht, ist abhängig vun dar Stromverstärkung B des
Transistors T1, vom Widerstand R und vom Relaiswicklungswiderstand RR. Der Schaltzustand
1 am Kontakt a bleibt dabei erhalten.
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Zum Zeitpunkt T2 wird der Schaltkontakt S geöffnet, so daß der Schaltzustand
0 eintritt (Fig. 2). Damit beginnt der Kondensator C sich über die Diode D2 und
das Relais A zu entladen. Die Diode G1 verhindert eine Entladung des Kondensators
C Uber die Basis-Emitterdiode des Transistors T1.
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Die Zeitkonstante des Entladevorganges ergibt sich aus dem Produkt
der Kapazität C und dem Relaiswicklungswiderstand RR.
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Sobald die Abfallspannung Uab des Relais A erreicht ist, fällt das
Relais A ab und öffnet den Kontakt a, wobei wieder der Schaltzustand 0 eintritt
(Fig. 4). Dieser Zeitpunkt ist mit T3 bezeichnet. Die Abfallspannung Uab des Relais
A liegt dabei wegen dessen Hysterese niedriger als die Anzugsspannung Uan, beispielsweise
bei 35 s der Betriebsspannung UB.
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Da auch der Entladevorgang des Kondensators C exponentiellen Verlauf
hat (Fig. 3) und da außerdem die Abfallspannung Uab = 0,35 U3 ist, gilt für die
zwischen den Zeitpunkten T2, T3 verstrichene Zeit t2, die Verzögerung des Abfalls,
t2 toRR R, zu C. Die Verzögerungszeie t2 des Abfalls beträgt beispielsweise ein
Zwanzigstel der Verzögerungszeit tl des Anzugs.
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Besteht das vom Schaltkontakt S ausgehende Eingangssignal beispielsweise
aus einer Impulsfolge, dann spricht das Relais A nicht an, wenn der Impuls kürzer
als die Verzögerung-szeit t.1 des Anzugs und die Pause zwischen zwei Impulsen länger
als die Verzögerungszeit des Abfalls ist. Wegen der kurzen der kurzen Verzögerungszeit
t2 des Abfalls werden Impulsserien, wie sie beispielaweise ein-Nummernschalter abgibt
einwandfrei gesperrt. Man kann damit auf einfache Weise zwischen WShlzeichen und
Dauerzeichen unterscheiden.
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Bei der inFig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung ist als Schalter eine
transistorstufe mit einem Transistor T2 verwendet, in deren Eingangskreis eine Zenerdiode
Z liegt. Der Transistor T1, der Schaltkontakt S, der ohmsche Widerstand die Dioden
G1, G2 und der Kondensator C sind in der gleichen Weise geschaltet wie in Fig. 1,
An die Stelle der Erregerwicklung des Relais A ist in Fig. 5 der Emitterwiderstand
R.
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eingefügt. Der Transistor T2 ist mit einem Arbeitswiderstand R2 versehen,
das Ausgangssignal.ist zwischen der Ausgangsklemme D und einem Pol der Betriebsspannung
U3 verfügbar. Solange die Kondensatorspannung UC und damit die Spannung am Emitter
des Transistors T1 die Zenerspannung der -Zenerdiode Z:nicht erreicht hat, ist der
Transistor T2 gesperrt, durch den Widerstand R2 fließt kein Strom. Damit liegt den
Ausgang D der Schaltungsanordnung auf dem positiven Potential- d:er Betriebsspannung
U3. Die Zeitkonstante T, die auch hier die Verzögerung des Anzugs bestimmt, ergibt
sich aus dem Produkt der Kapazität C und dem relativ -großen Wert des ohmschen Widerstandes
R, also T - R C. Sberschreitet.die Kondensatorspannung Uc die durch die Zenerdiode
Z gebildete Schwelle, so wird der Transistor T2 leitend, wodurch der Ausgang D,
wenn man von der Ko-llektor-Emitterspannung des Transistors T2 absieht, auf Nullpotenti-al.zu
liegen kommt. Wird der Schalter S geöffnet, snwentlädt sich der Kondensator C über
die Diode G2 und den relativ kleinen Widerstand R1 mit der Zeitkonstanten
C
Ri. Der Transistor T2 bleibt solange leitend, bis die Kondensatorspannung UC und
damit die Spannung am Emitter des Transistors T1 die Zenerspannung der Zenerdiode
Z unterschreitet. Das Verhältnis der Verzögerung des Anzugs und des Abfalls ist
bei dieser Schaltungsanordnung durch das Verhältnis der Widerstände R und R1 bestimmt.
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Die Unterschiede gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung
beruhen im wesentlichen auf der Unterschiedlichkeit der jeweils verwendeten Schalter.
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6 Patentansprüche 5 Figuren