DE2141361B2

DE2141361B2 -

Info

Publication number: DE2141361B2
Application number: DE2141361A
Authority: DE
Inventors: Guenter 8502 Zirndorf Wening
Original assignee: Metrawatt 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Metrawatt 8500 Nuernberg GmbH
Priority date: 1971-08-18
Filing date: 1971-08-18
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2141361C3; FR2149364A1; GB1342859A; DE2141361A1; FR2149364B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur An y.ngc einer Meßspannung in Form eines Leiichtbandcs. dessen Länge der Meßspannung proportional ist und das aus zahlreichen aneinandergereihten Leuchtscgmcnten bestellt, die über zugehörige Schalter mit einer Errcgerspiinnung verbunden sind.

Obwohl ein Leuchtband im Prinzip aus Lcuchtclemenlen beliebiger Art aufgebaut werden kann, sind auf Γ rund ihrer Form. Größe und Leuchlstärke sowie ihres Strom- und Spannungsbedarf«: mir wenige hierzu geeignet. Bei bekannten Einrichtungen

f>o werden bevorzugt elektro-lumineszierende Leuchtsegmente, manchmal aber auch Glimmlampen, benutzt. Besonders geeignet erscheinen jedoch die in letzter Zeit in Verbindung mit Digitalanzeigen bekanntgewordenen Flüssigkristalle.

fij Die Verwendung einer Leuchtband-Meßwertanzeige ist natürlich nur dann zweckmäßig, wenn sie echte Vorteile gegenüber den herkömmlichen Meßwert-Anzeigegeräten bietet. F.s kaivi zweifellos als

vorteilhaft bezeiget werden, daß sie weitgehend durch gelöst, daß jeder dieser Schalter als Kompa-

unempfindlich gegenüber Erschütterungen ist, mit ihr rator wirkt, der eine dem jeweiligen Leuchtsegtnent

eine raumsparende flache Bauform verwirklicht wer- zugeordnete, von einem Referenzspannungsteiler ab-

den kann und weiterhin die Möglichkeit besteht, die gegriffene Referenzspannung mit einer Msßspannung

Anzeige auf eine nahezu beliebig große Fläche aus- 5 vergleicht und das Leuchtsegment an eine Erregev-

zudehnen, so daß ein bequemes Ablesen auch aus spannung legt, wenn die Meßspannung größer als die

großer Entfernung möglich ist. Diese Vorteile sollten Referenzspannung ist.

aber möglichst nicht mit einer wesentlich aufwendi- Obwohl in integrierter Technik bereits sehr kleine geren Anordnung erkauft werden müssen. Ebenso und preiswerte Komparatoren hergestellt weiden, sollte di? Genauigkeit der Leuchtbandanzeige den 10 läßt sich die Steuerschaltung dadurch noch weiter üblichen Ansprüchen genügen. Bei einer linearen An- vereinfachen, daß jeder der als Komparator wirkenzeige muß z. B. die Zahl der jeweils erregten anein- den Schalter ein Transistor ist, dessen Basis über andergereihten Leuchtsegmente und damit die Länge einen Kopplungswiderstand mit der Meßspannungsdes lichtabstrahlenden Leuchtbandes der Meßgröße quelle verbunden ist, die einseitig auf Nullpotential proportional sein. ₁₅ ij_{egt un(}j dessem Emitter eine Referenzspannung zu-

Einen entscheidenden Einfluß sowohl auf den Preis geführt ist, die von einem Referenzspannungsteiler als auch auf die Genauigkeit der Leucbtbandanzeige abgenommen wird, der ebenfalls einseitig auf Nullhat die zugehörige Steuerschaltung. Steuerschaltun- potential liegt und den eine konstante Spannungsgen, die mit Hilfe mechanischer Schaltglieder arbei- oder Stromquelle speist. Solange der für die Leuchtlen, sind ungeeignet, da sie störanfällig sind und siel 20 -,egmente erforderliche Erregerstrom klein ist. wie Platz beanspruchen (deutsche Patentschrift 974 751). z.B. bei Flüssigkrist.alien ist es möglich, diesen Es sind jedoch auch Steuerschaltungen bekannt- Strom über den Referenzspannungsteiler zu leiten, geworden, die nur mit Hektronischet· Bauteilen auf- ohne daß er einen nennenswerten Fehler verursacht. gebaut sind. Diese arbeiten im allgemeinen mit Hilfe Eine solche Schaltung kommt mit jeweils einem eines Analog-Digital-Wandlers, der das Meßsignal in 25 Transistor für jedes Leuchtsegment aus. Wird jedoch ein digitales Signal umwandelt und so die jeweiligen ;in größerer Erregerstrom benötigt, wie z. B bei lichttien Leuchtsegmenten zugeordneten Schalter, die emittierenden Dioden, so ist ein zweiter Transistor diese mit dem Erregerstromkreis verbinden (deutsche erforderlich., der den Strom direkt zur Stromquelle Auslegeschrift 1623 874; deutsche Offenlegungs- zurückbitrt. Die Erfindung sieht deshalb vor. daß schrift 1 623 873), steuert. Bekannte Schaltungen zur 30 die Kollektoremitterstrecke des als Komparator wir-Analog-Digital-Umwandlung sind jedoch sehr auf- kenden Transistors entweder dem an einer Erregerwendig und eigentlich nur dann akzeptabel, wenn spannung liegenden zugehörigen Leuchtsegment nebeii der quasi analogen Leuchtbandanzeige auch parallel bzw. in Reihe geschaltet ist und es damit eine digitale Anzeige vorgesehen ist. Im Gegensat/. direkt ein- und ausschaltet oder iil τ einen zweiten hierzu ist eine Steuerschaltung bekanntgeworden, die 35 Transistor steuert, der seinerseits das zugehörige zwar äußerst einfach aufgebaut ist. die jedoch dafür Leuchtsegment schaltet, ohne den Schaltstrom über ganz erhebliche Nachteile mit sich bringt (USA,- den Referenzspannungsteiler zu leiten.
Patentschrift 3 039 013). Diese Schaltung bedient Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weitersich e'.nes Widerstandsnetzwerkes, das als Spannung;- bildungen der Erfindung sind in den L'meranr.piüchen teiler wirkt. Den einzelnen zu einem Leuchtband zu- 40 gekennzeichnet.

sammengesetzten Leuchtsegmenten, die einseitig auf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

einem gemeinsamen Potential liegen, werden ent- Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden

sprechend den Spannungsteilerstufen unterschiedlich näher beschrieben. Es zeigt

hohe Spannungen zugeführt. Da die Strotmersorctung Fig. 1 eine mit Komparatoren aufgebaute Steuerdcr Leuchtsegmente über der. Spannungsteiler erfolgt. 45 schaltung für eine Leuchtbandanzeige,
muß dieser niederohmig ausgelegt werden. Dennoch Fi u. 2 eine mit Transistoren aufgebaute Steuerist der Leistungsverbrauch des Spannungsteilers, be- schaltung für eine Leuchtbandanzeige,
achtlich, während sein Eingangswiderstand dadurch F i g. 3 eine mit jeweils zwei Transistoren pro so niedrig wird, iaß eine Verwendung der Anord- Leuchtsegment aufgebaute Steuerschaltung,
nung in einer Meßschaltung wohl nur mit Vorver- 50 F i «. 4 tme weitere Variante der mit Transistoren stärker akzeptabel ist. Da der Spannungsteiler keine aufgebauten Steuerschaltung.

Schaltcigenschaften besitzt, ist ein definiertes Leu :h- Fig. 5 eine aus Segmenturuppcn aufgebaute

ten bestimmter L.euchtsegnv:nte bei Erreichen des Steuerschaltung.

zugeordneten Grenzwertes nur möglich, wenn die Wie Fig. 1 zeiet. besteht die Einrichtun» zur

Leuchtsegmente selbst eine Schaltcharakteristik be- 55 Leuchtbandanzeige aus dem Leuchtband LIi mit den

sitzen. Unbefriedigend ist auch die erzielbarc Auf- Leuchtseementcn L_x bis /.„ und der Steuerschal-

lösung der Meßwertanzeige. Da die Spannungsstufen tun« .SV Die Steuerschaltung .SV ist so aufgebaut, d.iß

der I.euchtsegmentc toleranzbcdingt bei mindestens jedem Leuchtsegment L₁ bis L_n ein Komparator F₁

10 V liegen müssen, ergibt sich eine bedenklich hohe bis V_n zugeordnet ist, der die Meßspannung U_M mit

Eingangsspannung, wenn eine größere Zahl von 60 einer von einem Referenzspannungsteiler Fi_x bis R_n

Leuchtsegmenten angesteuert werden soll. abgegriffenen Referenzspannung vergleicht. Der

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Steuerschaltung Referenzspannungsteiler liegt bei /?, auf Nullpotential

für eine Leuchtbandanzeige zu schaffen, welche die und wird \on der Konstantspannungsquclle U_l( mit

beschriebenen Nachteile bekannter Schaltungen ver- Strom versorgt. Erreicht die Meßspannung U_M z. B.

meidet. Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtband, 65 einen Wert, der gerade die an R_n anliegende Refs-

das aus aneinandergereihten Leuchtsegmenten bc- lenzspannung überschreitet, so leiten die Kompara-

steht, die über z"n:ehörige Schalter mit einer Erreger- torcn V₁ bis V., einen Erregerstrom durch die zugc-

spannung verbunden sind, gemäß der Erfindung da· hörigen Leuchtsegmente L₁ bis L._v Die Dioden D₁

bis D_n verhindern, daß die Komparatoren auch einen nach Bedarf durch einen Transistor H₁ bis H_s kurz-Strom durch die Leuchtsegmente leiten, wenn die geschlossen werden. Man erhält hier eine umgekehrte; Meßspannung kleiner als die jeweilige Referenzspan- Charakteristik, d. h., mit zunehmender Spannung U_M nung ist. Sind jedoch die Komparatoren so ausgelegt, nimmt die Zahl der erregten Segmente ab.
daß sie nur einseitig schalten, so können die Dioden 5 Es kann auch günstig sein, wie in Fi g. 5 dargeentfallen. stellt, die Schaltung aus mehreren gleichen Segment-

Mit noch einfacheren Mitteln ist die in Fig. 2 gruppen aufzubauen, die jeweils die Bauelemente für dargestellte Steuerschaltung verwirklicht. Als Korn- die Ansteuerung von z. B. fünf oder zehn Segmenten paratoren sind hier einfache Schalttransistoren f\ enthalten. Auf diese Weise können verschiedene Gebis T_n eingesetzt. Jeder dieser Transistoren vergleicht io rate mit unterschiedlicher Auflösung aus gleichen die über je einen Entkopplungswiderstand K, bis K_n Segmentgruppen aufgebaut werden. Bei einer deran die Basis gelegte Meßspannung U₁₁ mit der zu- artigen Gestaltung der Steuerschaltung kann es sein. gehörigen, vom Referenzspannungsteiier R_x bis R_n daß zwar die relativen Toleranzen der Widerstände abgegriffenen Referenzspannung. Angenommen, alle der einzelnen Referenzspannungsteiier K₁ bis R. und Widerstände R₁ bis R_n sind gleich groß, dann fällt an 15 R₁; bis R₁₁₁ usw. den Anforderungen genügen, die jedem die gleiche Spannung ab, z.B. 100 mV. Läßt absoluten Toleranzen jedoch zu groß sind. Es könman nun die Spannung t/_M von Null beginnend an- nen dann die einzelnen Referenzspannungsteiier steigen, so wird Γ, leitend, sobald U_M~Un,._x -HOOmV durch Parallehviderständc P₁ bis P_x abgeglichen wcrist. Sobald 7', leitend ist, wird das Leuchtsegment L₁ den. Weiter ist es sinnvoll, die einzelnen Scgmcntder Anzeige erregt. Wird [/„ = t/_n,.-₂ + 2 · 100 mV, ϊο gruppen über Spannungsteiler Z₁ bis Z_x an unlcrso wird zusätzlich 7\, leitend und damit /,., durch die schiedliche Erregerspannungen zu legen, mit dem Erregerspannung V_f erregt, und so fort!" Die Zahl Ziel, daß die PotentialdifTercnz zwischen dem geder erregten Segmente ist in diesem Beispiel mcinsamen Segmentanschluß und dem Emitter des

jeweiligen Steuertransistors für alle Segmente an-

/V = ..Λ* H-JVL 25 nähe:.r/d gleich ist. damit auch die erzielte Lcuchl-

100 mV stärke bei allen Segmenten möglichst gleich ist.

Wie schon eingangs erwähnt, erscheint es beson-

Wird U_BF kompensiert, z. B. dadurch, daß zu Z7_M ders vorteilhaft, das Leuchtband aus Flüssigkristallcn noch eine Spannung + U_RF addiert wird oder da- aufzubauen, da diese nur einen sehr geringen Erdurch, daß R₁ nicht an Nullpontential, sondern an 30 rcgerstrom benötigen. Die erfindungsgemäße Steuereine Spannung — U_nF gelegt wird, dann ist schaltung bietet nun außerdem die Möglichkeit, mit

verhältnismäßig kleinen Steuerspannungen pro Seg-

/V = .. -^Λί--. ment auszukommen. Dadurch ist es einerseits mög-

100 mV lieh, eine hohe Segmentzahl und damit eine entsprc-

35 chcnd große Auflösung zu erreichen, andererseits

Im Prinzip ist nun diese Schaltung nicht ganz aber trotzdem kleine Meßspannungen ohne Verstärlinear, weil die Ermitterströme der Transistoren T₁ kung direkt zu messen.

bis T_n mit über den Referenzspannungsteiier fließen. Da die Steuerschaltung aus einer Vielzahl gleicher

Da jedoch z. B. der für eine Flüssigkristallanzeige und zudem einfacher Bauteile aufgebaut ist. kann notwendige Strom sehr gering ist. ist es möglich, den 40 man sie vorteilhaft als hybride oder monolithische Referenzspannungsteiier so zu dimensionieren, daß Schaltung aufbauen. Eine Hybridschaltung kann z. B. dieser Fehler vernachlässigbar gering wird. Ist das so aufgebaut sein, daß die Widerstände in Dünnfilm-Leuchtband nicht aus Flüssigkristallen, sondern z. B. iechnik hergestellt werden und die Transistoren als aus einzelnen lichtemittierenden Dioden aufgebaut, Einzelchips auf diese Schaltung aufgebracht werden. so wird ein wesentlich größerer Erregerstrom bc- 45 Da die Elektroden von Flüssigkristallanzeigesegmcnnötigt. Dieser d'.rf wegen der zu erwartenden Meß- ten in einer der Dünnfilmtechnik ähnli'hen Weise Wertverfälschung nicht über den Referenzspannungs- durch Aufdampfen hergestellt werden, ist es möglich, teiler geleitet werden. Bei der in F i g. 3 dargestellten Segmentelektioden und Widerstände auf einem Trä-Schaltung ist deshalb für jedes Leuchtsegment ein ger herzustellen. Die Steuerschaltung ist damit in die zweiter Transistor S₁ bis S_n vorgesehen, der von dem 50 Anzeige einbezogen, und es gibt dann nur noch sehr ersten Transistor T₁ bis T_n gesteuert wird und den wenige Verbindungspunkte nach außen. Wird die von der Erregerspannung ausgehenden Strom über Schaltung in monolithischer Technik ausgeführt, so das zugehörige Leuchtsegment direkt zur Spannungs- müssen sich Widerstände und Transistoren auf einem quelle zuriickleitet. Chip befinden, um allzu viele Verbindungsstellen zu

Wie F i g. 4 zeigt, kann die Steuerung der einzel- 55 vermeiden. Die relativ großen Widerstandstoleranzen nen Segmente auch dadurch geschehen, daß diese der monolithischen Technik sind hier zwar störend, ständig über einen hochohmigen Widerstand W₁ da jedoch nur die relativen Toleranzen der Widerbts W_n an der Erregerspannung C/_E und mit dem stände untereinander maßgebend sind, ist auch diese anderen Pol am Spannungsteiler R₁ bis R_n liegen und Lösung brauchbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Anzeige einer Meßspannung

in Form eines Leucbtbandes, 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 (V₁ bis V_n oder T₁ bis T_n) als Komparator wirkt, der eine dem jeweiligen Leuchtsegment (L₁ bis L_n) zugeordnete von einem Referenzspannungsteiler (R₁ bis R_n) abgegriffene Referenzspannung mit der Meßspannung (U_M) vergleicht und das Leuchtsegment (L₁ bis L_n) an eine Erregerspannung (U_E) legt, wenn die Meßspannung (U_M) größer als die Referenzspannung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der als Komparator wirkenden Schalter (T₁ bis T_n) ein Transistor ist, dessen Basis über einen Kopplungswiderstand (K_x bis K_n) mit der Meßspannungsquelle (t/_AI) verbunden ist, die einseitig auf Nullpontential liegt und dessem Emitter eine Referenzspannung zugeführt ist, die von einem Referenzspannungsieiler (R₁ bis R_n) abgenommen wird, der ebenfalls einseitig auf Nullpotential liegt und den eine konstante Spannungs- oder Stromquelle (U_K) speist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß d·" Koiicktorcmitierstrecke des als Komparator wirkenden Transistors (T₁ bis T_n) entweder dem an Jner Erregerspannung (U₁) liegenden zugehörigen Lcuchtsegmenl (L₁ bis L_n) parallel bzw. in Reihe geschaltet ist und es damit direkt ein- und ausschaltet oder über einen zweiten Transistor (S, bis .S_n) steuert, der seinerseits das zugehörige Leuchtsegment (L_x bis L_n) schaltet, ohne den Schaltstrom über den Referenzspannungsteiler (R_x bis R_n) zu leiten.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aneinandergereihte Leuchtsegmente (L, bi^r. L₅ und L₆ bis L₁₀) mit den zugehörigen Schaltern (T_x bis T. und T₁. bis T₁₀) und dem Refercnzspannungsteiler (R_x bis Λ. und R_n bis R₁₀) zu 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 I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Referenzspannungsteilern der einzelnen Segmentgruppen zum Abgleich des absoluten Widerstandswertes ein einstellbarer Widerstand (P_x . . . /\) parallel geschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch ent sprechende Auslegung des gemeinsamen Referenzspannungsteilers (R₁ bis R_n) oder der den einzelnen Segmentgruppen zugehörigen Referenzspannungsteiler (R₁ bis /\. und R₁. bis R_xn) der Zusammenhang zwischen der Mcßspanniing und der Leuchtbandlänge eine gewünschte L'nlinearität erhält.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schalter wirkenden Transistoren (T₁ bis T_n) gegen im zulässig hohe Störspannungen jeweils durch eint zwischen Basis und Emitter liegende Diode (F bis F_n) geschützt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Span nung gleicher Größe wie die Basis-Emitterspannung eines Schalttransistors zur Meßspan nung addiert oder von der Referenzspannung subtrahiert ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von dei Konstantspannungsquelle (U_R) über den Referenzspannungsteiler (R₁ bis R_n) fließende Strom wesentlich größer ist als die Summe aller Ströme, die von den Transistoren (J₁ bis T_n) über den Referenzspannungsteiler fließen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daü die Leuchtsegmcnte (ZL₁ bis L_n) aus Flüssigkristalle!! 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 (T₁ bis T_n) mit den zugehörigen Widerständen (K_x bis K_n) und gegebenenfalls mil dem Spannungsteiler (R_x bis R_n) in monolithischer Technik hergestellt sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung gegebenenfalls unter Einbeziehung der Leuchtsegmente in Hybridtechnik ausgeführt ist.

15. Einrichtung nach einr'i! 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 sjnd.