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Unterspannungs- und tib erlastschutzschalt Ung Die Erfindung betrifft
eine Unterspannungs- und Überlastschutzschaltung, insbesondere ftlr durch Batterien
gespeiste elektrische Geräte.
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Bei batteriegespeisten elektrischen Geräten ist die Betriebsdauer
von der Lebensdauer der Batterien abhängig.
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Batterien entladen sich jedoch nicht schlagartig am Ende ihrer Lebensdauer,
sondern die Batteriespannung sinkt langsam ab. Dieser Vorgang stört im allgemeinen
bei batteriegespeisten elektrischen Geräten, insbesondere bei Kofferempfangsgeräten,
nicht. Sobald die Batteriespannung so weit gesunken ist, daß sie iür den Betrieb
nicht mehr ausreicht, macht sich das an der geringen Leistung und der schlechten
Qualität des abgegebenen Signals bemerkbar. Die Batterie wird nunmehr ausgewechselt.
Da eine Unterspannung sich nur auf die Leistung und die Qualität des abgegebenen
Signals, nicht aber auf die Bauelemente selbst auswirkt, wurde eine Unterspannungsschutzschaltung
bei batteriegetriebenen Geräten bisher nicht fUr notwendig erachtet.
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Natürlich gibt es auch Batteriegerte, bei denen zumindest eine Kontrolle
der Batteriespannung erfolgen muß, z. B. bei tragbaren Kurzwellensendern oder Phonogeräten.
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Ein Absinken der Batteriespannung schränkt die Reichweite des Gerätes
ein bz. beeinflußt die Qualität beim Aufzeichnen von Sendungen stark. Die Kontrolle
der Batteriespannung erfolgt bei diesen Geräten durch ein Meßinstrument.
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Nachteil dieser Lösung ist, daß das Meßinstrument teuer ist, daß ein
Ablesen erfolgen muß, bevor die Störungen beseitigt werden können, und daß das Instrument,
obwohl es ständig mitläuft, nur dann gebraucht wird, wenn ein Absinken der Batteriespannung
erfolgt.
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Es ist bekannt, das Instrument nicht nur zur Batteriespannungsanzeige
zu verwenden, sondern auch zur Aussteueranzeige, d. h, eine Mehrfachausnutzung des
Instrumentes vorzunehmen* Nachteil der Lösung ist, daß die Aussteueranzeige bei
Phonogeräten gerade beim Aufzeichnen von Signalen benötigt wird. Ein Absinken der
Batteriespannung unter den zulässigen Wert beim Aufzeichnen zieht jedoch eine schlechte
Aufzeichnungequalität nach sich. Deshalb ist beim Aufzeichnen unbedingt eine Kontrolle
notwendig, die jedoch nicht besteht.
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Um bei Phonogeräten das teure Instrument zur Spannungskontrolle einzusparen
und auch beim Aufzeichnen eine Kontrolle tiber die Batteriespannung zu erhalten,
ist es bekannt, eine Anzeigelampe zu verwenden. Dazu wird vor den Antriebsmotor
eine Spannungskonstanthalteschaltung geschaltet. Der Stelltransistor dieser Schaltung
ist so geschaltet, daß eine Funktion der Schaltung gewährleistet ist, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung
großer als die Kollektor-Emitter-Sä.ttigungsspannung ist. Die Eollektor-Emitter-Strecke
ist statt mit einem Widerstand nunmehr mit der Anzeigelampe überbrückt. Die Anzeigelampe
leuchtet, solange die vorgenannte Bedingung erfüllt ist, d. h., solange die Batteriespannung
genügend groß ist. Sinkt die Batteriespannung unter den zulässigen Wert, so erlischt
auch die Anzeigelampe.
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(DAS 1 223 032) Nachteil dieser Schaltung Ist, daß die Anzeigelampe
ständig leuchtet und dadurch ein zusätzlicher Strom gebraucht wird, d. h. daß die
Batterie zusätzlich belastet wird. Weiterhin ist diese Schaltung nur theoretisch
einsetzbar, denn die Überspannung Uber die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung
tiberstreicht einen Bereich von 0,5 bis 5 V, d. h., innerhalb dieses Bereiches soll
die
Lampe leuchten und beim Unterschreiten des Bereiches schlagartig erlöschen. Solche
Lampen sind bisher unbekanne. Hinzu kommt noch die Stdran£illigkeit von normalen
Gltthlampen. Fällt die Gltlhlampe aus, so ist die gesamte Spannungsversorgungsschaltung
nicht mehr funktionsfähig.
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Die genannten Schaltungen sind nur Vorrichtungen zum Anzeigen einer
ausreichenden Batteriespannung. Einen selbsttätigen Schutz vor Unterspannungen geben
sie nicht.
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Weiterhin wird keine Information Uber eine Überlastung des Verbrauchers
gegeben. Bei Phonogeräten wird die Qualität der Aufzeichnung und der Wiedergabe
nicht nur von der Batteriespannung bestimmt, sondern anch von der Leistung, die
der Motor aufbringen muß. Ist der Motor Uberlastet, so wird nicht die Nenndrehzahl
erreicht, die Qualität sinkt. Die beschriebenen Anordnungen zeigen nur die Größe
der Batteriespannung an.
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Zweck der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsanordnung zur Anzeige
von Unterspannungen zu schaffen, die ständig einsatzbereit ist, keinen zusätzlichen
Strom beim Normalbetrieb braucht, fUr die kein teueres Anzeigeinstrument benötigt
wird und die durch Ausfall des Anzeigemittels nicht in ihrer Funktion gestört ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu finden, die Unterspannungen und Uberlastungen des Verbrauchers anzeigt und/oder
dann das Gerät abschaltet bz. eine Zusatzbatterie zaschaltet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem in einer
Regelschaltung eingeschalteten ersten Transistor, Uber dessen Emitter-Kollektor-Strecke
ein Teil der Eingangsspannung steht und dessen Basis durch eine Vergleichsspannung
angesteuert ist, ein zweiter Transistor so zugeschaltet ist, daß dessen Basis mit
der Basis des ersten Transistors und daß dessen Emitter mit dem Kollektor des ersten
Transistors verbunden ist und daß an den Kollektor des zweiten Transistors eine
Anzeigelampe und/oder eine Steuerung eines Schalters, der das Gerät abschaltet oder
eine Zusatzbattzrie zuschaltet, angeschloasen ist.
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In die Bsß uleitung des ersten Transistors kann zwischon dem Verbindungspunkt
der Basen der Transistoren und d«s ersten Transistor ein Widerstand oder eine Diode
eingeschaltet werden.
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Bei normalem Betrieb ist die Batteriespannung größer als die an einer
Last stehende Spannung. Die Lastspannung wird durch eine Regelschaltung gesteuert.
Der erste Transistor ist in Durchgangsrichtung geschaltet und stellt nur einen geringen
Widerstand dar. Der Spannungsabfall zwischen dem Emitter des ersten Transistors
und dem Verbindungspunkt der Basen ist bei normalem Betrieb kleiner als der Spannungsabfall
zwischen dem Emitter des ersten Transistors und dem Verbindungspunkt des Kollektors
des ersten und dem Emitter des zweiten Transistors. Das bedeutet, der zweite Transistor
ist in Sperrichtung geschaltet. Sinkt die Batteriespannung ab, so wird sie einmal
den Wert erreichen, bei dem der Potentialunterschied zwischen dem Emitter und dem
Kollektor des ersten Transistors kleiner wird, als er zwischen dem Emitter und der
Basis des gleichen Transistors ist.
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Da der Emitter des zweiten Transistors mit dem Kallektor des ersten
Transistors und die Basen der Transistor ren miteinander verbunden sind, wird nunmehr
der zweite Transistor getiffnet. Es fließt ein Strom, die Anzeigelampe leuchtet,
und der Schalter wird betätigt.
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Bei einer Lasterhöhung wird eine größere Spannung abfallen. Da die
Eingangaspannung bei dieser Betrachtung
konstant bleibt, kann sich
nur der Spannungsabfall zwischen dem Emitter und dem Kollektor des ersten Transistors
verringern. Sobald der Spannungsabfall so klein geworden ist, daß er geringer ist
als der Spannungsabfall zwischen dem Emitter und der Basis des ersten Transistors,
so wird der zweite Transistor geöffnet.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines AusfUhrungsbeispieles
näher erläutert werden.
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Die zugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Prinzipschaltung und
in Fig. 2 die Prinzipschaltung im Zusammenwirken mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung.
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An der Spannungsquelle ist der Emitter eines Transistors 1 angeschlossen.
Der Kollektor des Transistors 1 ist zusammen mit dem Emitter eines Transistors 2
mit einem Lastwiderstand 3 verbunden. Die Basen der Transistoren 1 und 2 sind zusammen
an einen die Vergleichsgröße der Schaltung zufahrenden Eingang 4 gelegt. Eine
Lampe
5 ist in die -Kollektorleitung des Transistors 2 geschaltet. Ein vor dem Lastwiderstand
3 geschalteter Widerstand 6 stellt ein die Spannung Uber den Lastwiderstand 3 konstanthaltendes
Netzwerk dar. Die Transistoren 1 und 2 sind vom gleichen Leitungstyp.
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Die Bedingung fEr die Schaltung ist, daß Uber dem Lastwiderstand 3
eine einstellbare Spannung steht. Der Transistor 1 ist auf Durchgang geschaltet.
Die Eingangsspan nung fällt nun Uber dem Transistor 1, dem Widerstand 6 und dem
Lastwiderstand 3 ab. Das Potential an der Basis der Transistoren 1 und 2 wird durch
die vom Eingang 4 zugeführte Vergleichsgröße bestimmt. Der Spannungsabfall zwischen
dem Verbindungspunkt der Basen und dem Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors
1 mit dem Emitter des Transistors 2 ist bei normalem Betrieb so gepolt, daß der
Transistor 2 gesperrt ist. Sinkt die Eingangsepannung am Ende der Lebensdauer der
Batterien ab oder wird der Lastwiderstand 3 verringert, so muß ein größerer Eingangsstrom
fließen, wenn die Spannung Uber dem Lastwiderstand konstant bleiben soll. Mit diesem
größeren Eingangsetrom baut sich der Spannungsabfall zwischen dem Emitter und dem
Kollektor des Transistors 1
ab. Der Spannungsabfall Uber der Emitter-Basis-Strecke
des Transistors 1 bleibt nahezu konstant, d. h., es verringert sich der Spannungsabfall
Uber der Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 1 und - weil die Basis bzw. der
Emitter des Transistors 2 mit der Basis bzw.
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dem Kollektor des Transistors 1 verbunden sind - auch die Emitter-Basis-Spannung
des Transistors 2. Durch den Transistor 2 fließt dann ein Strom, wenn der Spannungsabfall
Uber seiner Emitter-Basis-Strecke nahezu 0 ist bzw. wenn dieser Spannungsabfall
in Durohlaßrichtung gepolt ist. Das ist dann der Fall, wenn die Emitter-Kollektor-Spannung
des Transistors 1 kleiner geworden ist als die Emitter-Basis-Spannung des Transistors
1.
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In diesem Fall fließt durch den Transistor 2 ein Strom, der die Lampe
5 leuchten läßt. Damit wird angezeigt, daß die Eingangsspannung unter den zulässigen
Grenzwert gesunken ist.
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In Fig. 2 ist die beschriebene Prinzip- und Wirkschaltung in eine
Unterspannungssohutzschaltung eingebaut.
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An den Eingang ist der Transistor 1 mit seinem Emitter angeschlossen.
Der Emitter des Transistors 2 ist mit
dem Kollektor des Transistors
1 verbunden. An die Basis des Transistors 1 ist eine Diode 7 angeschlossen. Die
Diode 7 ist mit ihrem anderen Anschluß mit der Basis des Transistors 2 verbunden0
In die Kollektorleitung des Transistors 2 ist die Lampe 5 eingeschaltet. Der Kollektor
des Transistors 2 ist mit der Basis eines Transistors 8 verbunden. In die Kollektorleitung
des Transistors 8 ist ein Relais 9, mit dem ein nicht gezeigt er Schalter betätigt
wird, eingeschalten. Die Spannungsstabilisierungsschaltung fUr den Spannungsabfall
Uber einen Motor 10, der dem Lastwiderstand 3 entspricht, besteht aus dem Transistor
1, einem Transistor 11, Dioden 12, einem Widerstand 13 und einer den an der Basis
des Transistors 2 stehenden Vergleichswert liefernden, aus Wideratänden 14, 15 und
16 bestehenden Widerstandsanordnung. Der Widerstand 15 ist einstellbar und mit seinem
Abgriff mit der Basis des Transistors 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors
11 ist mit der Basis des Transistors 2 verbunden d. h., vom Transistor 11 wird der
Vergleichswert an den Transistor 2 geliefert.
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Diese Schaltung arbeitet nach dem Prinzip der bereits erläuterten
Schaltung. Die Diode 7 dient zur Veränderung der Ansprechspannung fUr die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung. Beim Absinken der Eingangs spannung laufen die gleichen Vorgänge
ab, die vorstehend erläutert sind. Wird jedoch die Last des Motors 10 vergrößert,
so fällt Uber dem Motor 10 eine größere Spannung ab. Da die Eingangsspannung bei
dieser Betrachtung konstant bleibt, muß notgedrungen ein geringerer Spannungsabfall
Uber dem Transistor 1 stehen. Gleichzeitig wird aber der vom Transistor 11 an die
Basis der Transistoren 1 und 2 abgegebene Strom erhöht. Die Potentialdifferenz zwischen
der Basis des Transistors 2 und seinem Emitter wird abgebaut. Sobald der Unterschied
zwischen den Potentialen sich umkehrt, fließt durch den Transistor 2 ein Strom.
Die Lampe 5 leuchtet auf, und das Relais 9 spricht an.