DE2141361A1 - Leuchtband-messwertanzeige - Google Patents

Description

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Schreiben vom 12. August 1971 j

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Leuchtband-Meßwertanzeige

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anzeige einer Meßspannung in Form eines Leuchtbandes, dessen Länge der Meßspannung proportional ist und das aus zahlreichen aneinandergereihten Leuchtsegmenten besteht, die über zugehörige Schalter mit einer Erregerspanmuig verbunden sind.

Obwohl ein Leuchtband im Prinzip aus Leuchtelementen beliebiger ™ Art aufgebaut v/erden kann, sind auf Grund ihrer Form, Größe und Leuchtstärke sowie ihres Strom- und Spannungsbedarfs nur wenige hierzu geeignet. Bei bekannten Einrichtungen v/erden bevorzugt; elektro-lumineszierende Leuchtsegmente, manchmal aber auch Glimmlampen, benutzt. Besonders geeignet erscheinen ,jedoch die in letzter Zeit in Verbindung mit Digitalanzeigen bekanntgewordenen Flüssigkristalle.

Die Verwendung einer Leuchtband-Meßwertanzeige ist natürlich nur dann zweckmäßig, wenn sie echte Vorteile gegenüber den herkömmlichen Meßwerk-Anzeigegeräten bietet. Es kann zweifellos als vorteil- " haft bezeichnet werden, daß sie weitgehend unempfindlich gegenüber ä Erschütterungen ist, mit ihr eine raumsparende flache Bauform verwirklicht werden kann und weiterhin die Möglichkeit besteht, die Anzeige auf eine nahezu beliebig große Fläche auszudehnen, so daß ein bequemes Ablesen auch aus großer Entfernung möglich ist. Diese Vorteile sollten aber möglichst nicht mit einer wesentlich aufwendigeren Anordnung erkauft werden müssen. Ebenso sollte die Genauigkeit der Leuchtbandanzeige den üblichen Ansprüchen genügen. Bei einer linearen Anzeige muß z.B. die Zahl der jeweils erregten aneinandergereihten Leuchtsegmente und damit die Länge des lichtabstrahlenden Leuchtbandes der Meßgröße proportional sein.

Einen entscheidenden Einfluß sowohl auf den Preis eis auch auf die Genauigkeit der Leuchtbandanzeige ha.t „die zugehörige Steuerschal-

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tung. Steuerschaltungen, die rait Hilfe mechanischer Schaltglieder arbeiten, sind ungeeignet, da sie störanfällig sind und viel Platz beanspruchen. Es sind jedoch auch Steuerschaltungen bekanntgeworden, die nur mit elektronischen Bauteilen aufgebaut sind. Diese arbeiten mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers, der das Meßsignal in ein digitales Signal umwandelt und so die jeweiligen den Leuchtsegmenten zugeordneten Schalter, die diese mit dem Erregerstromkreis verbinden, steuert. Bekannte Schaltungen zur Analog-Digital-Umwandlung sind jedoch sehr auf v/endig und eigentlich nur dann akzeptabel, wenn neben der quasi analogen Leuchtbmi danzeige auch eine digitale Anzeige vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für eine Leuchtbandanzeige zu schaffen., die mit der erforderlichen Genauigkeit arbeitet, aber besonders einfach aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtband, das aus einandergereihten LeuchtSegmenten besteht, die über zugehörige Schalter mit einer Erregerspannung verbunden sind, .dadurch gelöst, daß jeder dieser Schalter als Komparator wirkt, der eine dem jeweiligen Leuchtsegment zugeordnete von einen Referenzspannungsteiler abgegriffene Referenzspanmmg mit einer Meßspannung vergleicht und das Leuchtsegment an eine Erregerspannung legt, wenn die Meßspannung größer als die Referenzspannung ist.

Obwohl in integrierter Technik bereits sehr kleine und preiswerte Komparatoren hergestellt werden, läßt sich die Steuerschaltung dadurch noch weiter vereinfachen, daß jeder der als Komparator wirkenden Schalter ein Transistor ist, dessen Basis über einen Kopplungswiderstand mit der Meßspannungsquelle verbunden ist, die einseitig auf Nullpotential liegt und dessem Emitter eine Referenzspannung zugeführt ist, die von einem Referenzspannungsteiler abgenommen wird, der ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegt und den eine konstante Spannungs- oder Stromquelle speist. Solange der für die Leuchtsegmente erforderliche Erregerstrom klein ist, wie z.B. bei Flüssigkristallen, ist es möglich, diesen Strom über den Referenzspannungsteiler zu leiten, ohne daß er einen nennenswerten Fehler verursacht. Eine solche Schaltung kommt mit jeweils einem Transistor für jedes Leuchtsepment aus. Wird jedoch ein größerer. Erregernbro:;; benötigt, v/ie z.B. bei liehlemttrioveiHoii Modfn, so

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ist ein zweiter- Transistor erforderlich, der den Strom direkt zur Stromquelle zurückleitet. Die Erfindung sieht deshalb "vor, daß die KoIIektoremitterstrecke des als Komparator "wirkenden" Transistor;? entweder- dem an einer Erregerspanmmg liegenden zugehörigen Leuchtsegment parallel "bzw. in Reihe geschaltet Ist und er; damit direkt ein- "und ausschaltet oder über einen zweiten Transistor steuert, der seinerseits das zugehörige Leuchtsegment schaltet, ohne den Schaltstrom über den lieferenzspanrmngsteiler zu leiten.

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

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

Fig. 1 eine mit Komparatoren aufgebaute Steuei'schaltung für eine Leuchtbandanzeige,

Pig. 2 eine mit Transistoren aufgebaute Steuerschaltung für eine Leuchtbandanzeige,

Fig. 3 eine mit o^eweüs zwei Transistoren pro Leuchtsegment aufgebaute Steuerschaltung,

Fig. 4 eine weitere Variante der mit Transistoren aufgebauten Steuerschaltung,

Fig. 5 eine aus Segmentgruppen aufgebaute Steuerschaltung.

Wie Fig. i zeigtj besteht die Einrichtung zur Leuchtbandanzeige aus dem Leuchtband LB mit den Leuchtsegmenten L- - L und der Steuerschaltung St. Die Steuerschaltung St ist so aufgebaut, daß jedem Leuchtsegment L_x. - L ein Komparator V^-V zugeordnet ist, der die Heßspannung U^ mit einer von einem Ref eren ζ spannungsteiler R^ - R abgegriffenen Referenzspannung vergleicht.

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Der Referenzspannungsteiler liegt bei R. auf Nullpotential und wird von der Konstantspannungsquelle U_R mit Strom versorgt. Erreicht die Meßspannung' IL, z.B. einen Wert, der gerade die an R₅, anliegende Referenzspannung übersehreitet, so leiten die Komparatoren V^ - V, einen Erregerstrom durch die zugehörigen Leuchtsegmente L^ - L,. Die Dioden D. - JJ verhindern,- daß die Koroparatoren auch einen Strom durch die Leuchtsegmente leiten, wenn die Meßspannung kleiner als die jeweilige Referenzspannung ist. Sind jedoch die Komparatoren so ausgelegt, daß sie nur einseitig schalten, so können die Dioden entfallen.

Mit noch einfacheren Mitteln ist die in Fig. 2 dargestellte Steuerschaltung verwirklicht. Als Komparatoren sind hier anfache Schalttransistoren T^ — T eingesetzt. Jeder dieser Transistoren vergleicht die über je einen Entkopplungswiderstand K,. - K an die Basis gelegte Meßspannung IL, mit der zugehörigen vom Referenzspannungsteiler R. - R abgegriffenen Referenzspannung, Angenommen, alle Widerstände R. - R sind gleich groß, dann fallt an jedem die gleiche Spannung ab, z.B. 100 mV. Läßt man nun die Spannung tJj| von Null beginnend ansteigen, so wird T. leitend, sobald IL, e TJg_E + 100 mV ist. Sobald T,. leitend ist, wird das Leuchtsegment L,- der Anzeige erregt. Wird U_M«= UV_n-, + 2 . 100 mV, so wird zusätzlich. T₅ leitend» und damit L₀ durch die Erreger spannung U₁-, erregt und so fort,

^ÜM * ^ÜBE Zahl der erregten Segmente ißt in diesem Beispiel N«=-

100 mV Wird tlg-g kompensiert, z.B. dadurch, daß zu Ü« noch eine ßpannuiig ·.-

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teiler fließen. Da jedoch z.B. der für eine Flüssigkristallanzeige notwendige Strom sehr gering ist, ist es möglich, den Referenzspannungsteiler so zu dimensionieren, · daß dieser Fehler vernachlässigbar gering wird. Ist das Leuchtband nicht aus Flüssigkristallen, sondern z.B. aus einzelnen lichtemit.tierenden Dioden aufgebaut, so wird ein wesentlich größerer .Erregerstrom benötigt. Dieser darf wegen der zu erwarteten Meßwertverfälschung nicht über den Referenzspannungsteiler geleitet werden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist deshalb für jedes Leuchtsegment ein zweiter Transistor S. - S_n vorgesehen, der von dem ersten Transistor T. - T gesteuert wird und den von der Erregerspannung ausgehenden Strom über das zugehörige Leuchtsegment direkt zur Spannungsquelle zurückleitet. Λ

Wie Fig. 4 zeigt, kann die Steuerung der einzelnen Segmente auch dadurch geschehen, daß diese ständig über einen hochohmigen Widerstand W. - W an der Erregerspannung Up und mit dem anderen Pol am Spannungsteiler R^-R liegen und nach Bedarf durch einen Transistor H^. - H^ kurzgeschlossen werden. T'ian erhält hier eine umgekehrte Charakteristik, d.h. mit zunehmender Spannung U™ nimmt die Zahl der erregten Segmente ab.

Es kann auch günstig sein, wie in Fig. 5 dargestellt, die Schaltung aus mehreren gleichen Segmentgruppen aufzubauen, die jeweils die Bauelemente für die Ansteuerung von z.B. fünf oder zehn Segmenten enthalten. Auf diese V/eise können verschiedene Geräte mit \ unterschiedlicher Auflösung aus gleichen Segmentgrirppen aufgebaut werden. Bei einer derartigen Gestaltung der Steuerschaltung kann es sein, daß zwar die relativen Toleranzen der Widerstände..der einzelnen Referenzspannungsteiler R_x, - Rt- und R^- - R.~ usw. den Anforderungen genügen, die absoluten Toleranzen jedoch zu groß sind. Es können dann die einzelnen Referenzspannungsteiler durch Parallelwiderstände P_-1 - P abgeglichen v/erden. Weiter ist es sinnvoll, die einzelnen Segmentgruppen über Spannungsteiler Z^ - Ζ_χ an unterschiedliche Erregerspannungen zu legen, mit dem Ziel, daß die Potentialdifferenz zwischen dem gemeinsamen SegmentanSchluß und dem Emitter des jeweiligen Steuertransistors für alle Segmente annähernd gleich ist, damit auch die erzielte Leuchtstärke bei allen Segmenten möglichst gleich ist.

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Vie schon eingangs erwähnt, erscheint es besonders vorteilhaft, das Leuchtband aus 3?lüssigkristallen aufzubauen, da diese nur einen sehr geringen Erregerstrom benötigen. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung bietet nun außerdem die Möglichkeit, mit verhältnismäßig kleinen Steuerspannungen pro Segment auszukommen. Dadurch ist es einerseits möglich, eine hohe Segrnentzahl und damit eine entsprechend große Auflösung zu erreichen, andererseits aber trotzdem kleine Meßspannungen ohne Verstärkung direkt zu messen.

Da die Steuerschaltung aus einer Vielzahl gleicher und zudem einfacher Bauteile imfgebaut ist, kann man sie vorteilhaft als hybride oder monolithische Schaltung aufbauen. Eine Hybridschaltung kann z.B. so aufgebaut sein, daß die Widerstände in Dünnfilmtechnik hergestellt werden und die Transistoren als Einzelchips auf diese Schaltung aufgebracht werden. Da die Elektroden von Flüssigkristallanzeigesegmenten in einer der Dünnfilmtechnik ähnlichen Weise durch Aufdampfen hergestellt werden, ist er. möglich, Segmentelektroden und Widerstände auf einem Träger herzustellen. Die Steuerschaltung ist damit in die Anzeige einbezogen und es gibt dann nur noch sehr itfenige Verbindungspunkte nach außen. Wird die Schaltung in monolithischer Technik ausgeführt, so müssen sich Widerstände und Transistoren auf einem Chip befinden, um allzu viele Verbindungsstellen zu vermeiden. Die relativ großen Uiderstandstoleranzen der monolithischen Technik sind hier zwar störend, da jedoch nur die relativen Toleranzen der Widerstände untereinander maßgebend sind, ist auch diese Lösung brauchbar.

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Claims (1)

1. vorn

   12.8.1971 *

   das Deutsche Patentamt d ewo Fi

   *?-1- -a^^a^^^CSA

   Patentansprüche

   Einrichtung zur Anzeige einer Heßspannung in Form eines Leuchtbandes, dessen Länge der Meßspannung proportional ist und das aus zahlreichen aneinandergereihten Leuchtsegmenten besteht,
   die über zugehörige Schalter mit einer Erregerspannung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Schalter
   (V^ - V oder T. - T ) als Komparator wirkt, der eine dem jeweiligen Leuchtsegment (L. — .L) zugeordnete von einem Referenz-Spannungsteiler (R. -R) abgegriffene Referenzspannung mit der Weßspannung (U^) vergleicht und das Leuchtsegment (L. - L_n) an eine Erregerspannung (U-g\ legt, wenn die Meßspannung (U^) größer als die Referenzspannung ist.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der als Komparator wirkenden Schalter (T,- - T_n) ein Transistor ist, dessen Basis über einen Kopplungswiderstand (K. - K) mit der Meßspannungsquelle (Uj..) verbunden ist, die einseitig auf
   Nullpotential liegt und dessera Emitter eine Referenzspannung
   zugeführt ist, die von einem Referenzspannungsteiler (R^ - R_n) g abgenommen wird, der ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegt und den eine konstante Spannungs- oder Stromquelle (Ujj) speist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoremitterstrecke des als Komparator wirkenden Transistor ß (T. - T) entweder dem an einer Erregerspannung (üj;)
   liegeliden zugehörigen Leuchtsegment (L^ - L^) parallel bzw. in Reihe*%esch&ltet ist und es damit direkt ein- und ausschaltet oder fiber einen zweiten Transistor (S^ - S_n) steuert, der sei-* nerseits das zugehörige Leuchtsegment (L^ - L_n) schaltet, ohne den Schaltstrom über den Referenzspannungsteiler (R- - S) EU leitefu -r=—— „==»-

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   4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aneinandergereihte Leuchtsegmente (Iu - It und Lg - L^₀) mit den zugehörigen Schaltern (T. - T^ und .Tg - T-_o und dem Referenz spannungsteil er (R,, - Rt- und Rg - R^₀) fcu einer Segmentgruppe zusammengefaßt sind.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentgruppen an unterschiedlich hohen Erregerspannungen liegen.

   6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß don Referenzspannungsteilern der einzelnen Segmentgruppen zum Abgleich des absoluten Widerstandswertes ein einstellbarer Widerstand (P....P ) parallel geschaltet ist.

   7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Auslegung des gemeinsamen Referenzspsnnungsteilers (R- -R) oder der den einzelnen Segmentgruppen zugehörigen Referenzspannungsteiler (R. - R₁- und Rr- - Ryin) der Zusammenhang zwischen der Meßspannung und der Leuchtbandlänge eine gewünschte UnIinearή tat erhält.

   8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schalter wirkenden Transistoren (T. - T) gegen unzulässig hohe-Störspannungen jeweils durch eine zwischen Basis und Emitter liegende Diode (P^ - Fl) geschützt sind.

   9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung gleicher Größe wie die Basis-Em.itterspannung eines Schalttransistors zur Meßspannung addiert oder von der Referenzspannung subtrahiert ist.

   10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantspannungsquelle (U-n) über den Referenzspannungsteiler (R,- - R) fließende Strom wesentlich größer ist, als die Summe aller Strome, die von den Transistoren (-T^—-T₁₁) über den Referenzspannungsteiler fließen.

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   11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet ₄ daß die Leuchtsegmente (L_-1 - L_n) aus Flüssigkristallen aufgebaut sind.

   12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Elektrode des aus Flüssigkristallen aufgebauten Leuchtbandes in Segmente aufgeteilt ist, während die andere Elektrode allen Segmenten gemeinsam ist.

   13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des Leuchtbandes erforderlichen Transistoren (T^-T ) mit den zugehörigen Widerständen (K. -K) und ggf. mit dem Spannungsteiler R^ - R) in monolithischer Technik hergestellt sind.

   14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ggf. imter Einbeziehung der Leuchtsegmonte in Hybridtechnik ausgeführt ist.

   15· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des Flüssigkristall-Leuchtbandes und die Widerstände in Dünnfilmtechnik hergestellt sind und die Transistoren als Einzelchips auf den Segmenten angebracht sind.

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