DE2103726A1

DE2103726A1 - Schwellspannungs-Verstärker zur Überwachung von Gleichspannungen wechselnder Polarität

Info

Publication number: DE2103726A1
Application number: DE19712103726
Authority: DE
Inventors: Günter 8500 Nürnberg Roppelt
Original assignee: Metrawatt GmbH
Current assignee: ABB Metrawatt GmbH
Priority date: 1971-01-27
Filing date: 1971-01-27
Publication date: 1972-08-10
Also published as: GB1327548A; DE2103726C3; FR2124708A5; DE2103726B2; AT320078B

Description

Schreiben vom 25.1.1971

an das Deutsche Patentamt

D 8500

Schwellsparmungs-Verstärker zur Überwachung von Gleichspannungen

wechselnder Polarität

Die Erfindung "betrifft einen Schwellspannungs-Verstärker, der zur Überwachung von Gleichspannungen wechselnder Polarität dient und bei Überschreitung eines Grenzwertes ein Ausgangssignal abgibt, das einem Kippverstärker bzw. einem Stellglied zugeführt und/oder angezeigt wird.

Um Gleichspannungen wechselnder Polarität zu überwachen, verwendet man üblicherweise Grenzwertschalter, die abhängig von der Eingangsspannung auch die Polarität ihrer Ausgangsspannung ändern. Die hierbei zur Anwendung kommenden elektronischen Schaltungen sind jedoch recht aufwendig und erfordern außerdem eine Versorgungsspannungsquelle mit Mittelabgriff, also bei Batterieversorgung mindestens zwei Batterien.

Es gibt nun zahlreiche Anwendungsfälle in der Meßtechnik, bei denen die Überwachung eines Gleichstromsignals wechselnder Polarität keineswegs immer so erfolgen muß, daß auch das Ausgangssignal sein Vorzeichen ändert. Um ..z.B. die Einhaltung eines bestimmten Toleranzbereiches zu. gewährleisten, genügt es, wenn der Schwellspänriüngsverstärker bei einer Überschreitung des Toleranzbereiches immer das selbe Signal abgibt, unabhängig davon, ob eine zu große negative oder positive Toleranz vorliegt. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich, wenn der Schwellspannungs-Verstärker dazu dienen soll, eine Schaltung vor Überlastung zu schützen. Hierbei soll der Schwellspannungs-Verstärker,gleichgültig in welcher Richtung der Strom das zu schützende Bauteil durchfließt, ein Signal abgeben, das dann ein Stellglied, also z.B. ein Relais, steuert, von dem der Stromkreis unterbrochen v/erden kann.

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Es ist ein Schwellspannungs-Verstärker bekannt, der diese Aufgabe mit Hilfe von zwei Transistoren löst, deren Kollekt^or-Einitterstrekken parallel geschaltet sind und die in einem Stromkreis liegen, in den noch ein Relais und die Versorgungsspannungsquelle geschaltet sind. Der zu überwachende Meßwerk-Widerstand liegt mit jeweils einem Ende an der Basis der-beiden Transistoren. Zur Potential- und Polaritätstrennung ist zwischen Basis und Emitter bei beiden Transistoren je eine Diode geschaltet. Hierdurch wird jedoch die Ansprechschwelle des Schwellspannungs-Verstärkers um die Schwellspannung der Dioden erhöht, was insbesondere bei Schutzschaltern nachteilig ist, da diese oft schon auf sehr kleine Spannungswerte ansprechen sollen. Die "Verwendung von Germanium-Dioden, die eine verhältnismäßig kleine Schwellspannung besitzen, ist auch nicht ratsam, da deren hoher Reststrom zu Meßfehlern führen würde.

Den Nachteil einer erhöhten Schwellspannung zeigen auch solche Schaltungen, bei denen das Gleichstrom-Signal einem bekannten Schwellwert-Verstärker über einen Brückengleichrichter zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwellspannungs-Verstärker der bezeichneten Art zu schaffen, der schon bei möglichst kleinen Spannungen anspricht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meßwiderstand, an dem die zu überwachende Gleichspannung abfällt, direkt oder über weitere zur Änderung der Schwell spannung dienende Bauelemente so mit zwei Transistoren gleicher Zonenfolge verbunden ist, daß er mit einem Ende an der Basis des Transistors T^ sowie am Emitter des Transistors T^ ^¹^ ^m^ ^em anderen Ende an der BaJLs's des Transistors Tp sowie am Emitter des Transistors T. liegt und die Kollektoren über einen Arbeitswiderstand mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sind, deren anderer Pol wiederum am Meßwiderstand angeschlossen ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf die Verwendung von Dioden verzichtet werden kann und sich dadurch nicht nur ein besonders einfacher Schaltungsaufbau

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ergibt, sondern außerdem die Schwellspannung nur noch von den Transistoren bestimmt wird, somit also niedriger als bei bekannten Schaltungen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben und sind in-den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schwellspannungsverstärker mit nachgeschaltetem Kippverstärker und einem Stellglied,

Fig. 2 ein gegenüber Fig. i abgewandelter Schwellspannungsverstärker mit besonders niedriger Schwellspannung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der neue Schwellspannungsverstärker mit Hilfe von zwei Transistoren T., T~ aufgebaut. Ein Meßwiderstand Lj, an dem eine zu überwachende Spannung U abfällt, ist so mit den Transistoren T., Tp verbunden, daß er bei beiden Transistoren zwischen Basis und Emitter liegt, wobei außerdem die Basis des Transistors an seinem einem Ende und die Basis des Transistors 2 an seinem anderen Ende angeschlossen ist. Je nach dem, welche Polarität die Spannung U am Meßwiderstand E^ annimmt, wird bei Erreichen der Schwellspannung entweder der Transistor T. oder der Transistor Ϊ£ durchgesteuert, ..lois der Versorgungsspannungsquelle fließt dann ein Strom über den durchgesteuerten Transistor und erzeugt am Arbeitswider stand R einen Spannungsabfall. Die an E_o abfallende

a a

Spannung kann in bekannter V7eise, z.B. über einen Kippverstärker, verstärkt werden und ein Stellglied, z.B. ein Relais S, schalten. Dieses kann wiederum über einen Kontakt den zu überwachenden Stromkreis unterbrechen, so daß an E.^ keine Spannung mehr abfällt.

Hat die an E„ abfallende Spannung eine solche Polarität, daß der Transistor T^ durchgesteuert wird, so muß der durch ihn fließende Batteriestrom auch über den Meßwiderstand R™ fließen und erzeugt dabei eine Gegenspannung. Sofern E_M sehr klein gegenüber R ist, kann diese Gegenspannung vernachlässigt werden, da sie die Verstärkung nicht nennenswert mindert. Läßt sich diese Voraussetzung jedoch nicht erfüllen, so muß der Verstärkungsverlust durch eine

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nachgeschaltete Verstärkerstufe ausgeglichen werden. In Fig. 2 ist deshalb dem Transistor T. eine Phasenumkehrstufe mit dem Transistor T_c und eine Verstärkerstufe mit dem Transistor T_n nachgeschaltet. Das Ausgangs signal des Schwell spannungs-Verstärkers wird wiederum an E„ abgegriffen und über einen einfachen Schalttransistor Tg, also ohne Zwischenschaltung eines Kippverstärkers, dem Stellglied S zugeführt.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von Fig. 1 des weiteren durch eine aus den Widerständen E. bis E₂, bestehende Spannungsteilerschaltung. Diese dient dazu, mit Hilfe einer Potentialanhebung die Schwellspannung noch weiter herabzusetzen. Ist der Spannungsteiler R_x., Rp z.B. so ausgelegt, daß am Punkt A eine Spannung von 0,3 V liegt,, so muß bei einer Schwellspannung des Transistors T^ von ca. 0,6 Y am Meßwiderstand R„ nur noch eine Spannung von + 0,3 Y abfallen, um Tp durchzusteuern. Am Punkt B des Spannungsteilers E,, R₂^ muß dagegen eine Spannung von + 0,6 V liegen, damit der Transistor T- bei ginem Spannungsabfall an Ej, von - 0,3 V ausgesteuert wird. Die Spannungsteiler-Widerstände E. bis E₂, können natürlich auch so dimensioniert werden, daß sich für beide Transistoren verschieden hohe Schwell spannungen ergeben.

Die Widerstände des Spannungsteilers müssen - sofern der Schwellspannungsverstärker aus einer Batterie gespeist wird - sehr hochohmig sein, da sie auch dann von einem Strom durchflossen werden, wenn der Schwellspannungs-Verstärker nicht ausgesteuert wird. Der Euhestrom der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist dagegen vernachlässigbar, da er kleiner als der Leckstrom der Batterie ist.

Eine Erhöhung der Schwellwerte beider Transistoren ist besonders einfach durch Vorschalten von Schwellwertelementen, also z.B. Zenerdioden,in die Basis-Zuleitungen möglich. Hiermit sind sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schwellspannungen zu erreichen.

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Claims

Schreiben vorn
an

25.1.1971

das Deutsche Patentamt

D 85C0 NURNS=FiG S~''cc^r^~'^- ^r^

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. Patentansprüche

Schwellspannungs-Verstärker, der zur Überwachung von Gleichspannungen wechselnder Polarität dient und bei Überschreitung eines Grenzwertes ein Ausgangssignal abgibt, das einem Kippverstärker bzw. einem Stellglied zugeführt ist und/oder angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwiderstand (Rjyj) an dem die zu überwachende Gleichspannung (U) abfällt, direkt oder über weitere zur Änderung der Schwel!spannung dienende Bauelemente so mit zwei Transistoren (T., Tp) gleicher Zonenfolge verbunden ist, daß er mit einem Ende an der Basis des Transistors (T^) sowie am Emitter des Transistors (T^) und mit dem anderen Ende an der Basis des Transistors (T-) sowie am Emitter des Transistors (Tg) liegt und die Kollektoren über einen Arbeitswiderstand (R_&) mit einer Versorgungsspannungsquelle (V) verbunden sind, deren anderer Pol wiederum am Meßwiderstand (R_n) angeschlossen ist.
2. Schwellspannungs-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (Rj₁) aus einer vor Überlastung zu schützenden Schaltung, insbesondere dem Meßwerk-Widerstand eines Vielfachinstrumentes, besteht.
3. Schwellspannungs-Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor^.), dessen Emitter über den Widerstand (R_M) mit der Versorgungsspannungsquelle (V) verbunden ist, eine Phasenumkehrstufe (T₆, R^) sowie ein weiterer Transistor (T₉) als Verstärkerstufe nachgeschaltet ist.
4. Schwellspannungs-Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß seine Schwellspannung symmetrisch oder unsymmetrisch erhöht ist durch Einfügen von Schwellwertelementen in die Basis-Zuleitungen der beiden Transistoren (T^,

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5. Schwellsparmungs-Verstärker nach, einem der Ansprüche Λ bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß seine Schwellspannung symmetrisch .oder unsymmetrisch herabgesetzt ist durch Potentialanhebung mit Hilfe von Spannungsteiler-Widerständen (JS.^ bis R^).

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