DE2222237A1

DE2222237A1 - Induktiv betaetigbare Steuerschaltung

Info

Publication number: DE2222237A1
Application number: DE19722222237
Authority: DE
Inventors: Atkins Carl E
Original assignee: Wagner Electric Corp
Current assignee: Wagner Electric Corp
Priority date: 1971-05-20
Filing date: 1972-05-05
Publication date: 1972-11-30
Also published as: JPS5618747B1; IT1045070B; CA967646A; FR2138836B2; FR2138836A2; GB1376358A

Description

Die jlrfLndung bezieht sich auf sine verbesserte Steuerschaltung, die mittels einer induktiven Betätigungen fjchaltung botätigbar ist. Sine Schaltung dieser allgemeinen Art ist in dein Kauptoatent Nr. (Hauptanmolduiig '2 22 14 56o.2) der Anmelderin, angemeldet am 24-Mär a 1972, beschrieben, "ßbi der genannten Schaltung ist ein Oszillator vorhanden, der entweder Schwingungen erzüu;-:!;, eieren Größe ausreicht, um die Steuerschaltung zu veranlassen, eine Last in einem ersten Einsehaltzustand zu halten, oder dessen Schwingungen durch eine induktive "3ufcüti£un££j;jchnltunfc; unterdrückt werden, um zu bewirken, aaii axe L?.s b in einen zweiten Sinschaltzustand gebracht v/ird* I¹J¹S hat; sich gezeigt, daß dann, wenn die l'änpfindlichkeit der Schaltung ao eingestellt ist,, daß der P.unkt,. an dem die Betätigungssehaltung angeordnet werden muß, nie-ht mit hoher Genauigkeit eingehalten zu werden brauc.ht, die Schaltung auf eirii'aQiie V/eise dadurch betätigt werden kann, daß man ein I.ietallc-jtück nahe der Induktivität des

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Oszillatorschwingkreises der Steuerschaltung anordnet, wobei diese Maßnahme ausreicht, um eine solche Energiemenge zu absorbieren, daß eine Änderung des Einschaltzustandes der Last herbeigeführt wird. Ferner ist es für eine unbefugte Person relativ leicht, einen Resonanzkreis mit verstellbaren Schaltungselementen herzustellen und diesen Resonanzkreis lediglich auf die richtige Frequenz abzustimmen, nachdem das induktive Schaltungselement in die Nähe der Induktivität des Oszillatorschwingkreises gebracht worden ist. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch die Schaffung einer Steuerschaltung zu vermeiden, dis auf derartige Manipulationen nicht anspricht. Genauer gesagt verändert die Steuerschaltung nach der Erfindung den Einschaltzustand der Last nur dann, wenn der zugehörige Oszillator intermittierend Schwingungen erzeugt, und zwar derart, daß die Perioden der Schwingungserzeugung und die Ruheperioden mit einer Frequenz miteinander abwechseln, die zu hoch ist, um mit der Hand oder auf mechanischem Wege erzeugt werden zu können. Um zu ermöglichen, daß der Oszillator der Steuerschaltung auf diese Weise arbeitet, ist ein Steuernetzwerk geschaffen worden, das mit einer variablen Resonanzfrequenz arbeitet, so daß seine Fähigkeit, Energie aus dem Oszillatorschwingkreis aufzunehmen, wenn das Netzwerk mit ihm induktiv gekoppelt ist, variiert. Um dem Betätigungsnetzwerk diese Fähigkeit zu verleihen, ist eine Diode vorgesehen, die variabel vorgespannt ist, um Schwankungen der Sperrschichtkapazität der Diode hervorzurufen, die auf allmähliche Veränderungen der Breite der Sperrschicht in dem Halbleitermaterial der Diode und auf scharf ausgeprägte Änderungen der Diffusionskapazität zurückzuführen sind, welche während der Leitfähigkeitsperioden (große Diffusionskapazität) und während der Nichtleitfähigkeitsperioden (keine Diffusionskapazität) der Diode auftreten.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

1 schematisch das in Verbindung mit einer Steuerschaltung zu benutzende Betätigungsnetzwerk; und

Pig. 2 schematisch eine /bevorzugte Ausführungsformeiner mit Hilfe des Betätigungsnetzwerks nach Fig. 1 ■betätigbaren Steuerschaltung.

Gemäß Pig. 1 ist bei dem insgesamt mit 10 bezeichneten Betätigungsnetzwerk ein Widerstand 12 von 330 Kiloohm vorgesehen, der eine feste Kapazität 14 von 470 Picofarad überbrückt; diese Parallelschaltung ist mit einer Diode 16 (IN5O59, I1T5O6O oder IN464A) in Reihe geschaltet, die so gepolt ist, daß ihre Anode mit einer Klemme einer Induktivität 20 verbunden ist, deren andere Klemme an die Kapazität 14 angeschlossen ist. Wenn das Betätigungsnetzwerk auf die Frequenz der Oszillatorschwingschaltung abgestimmt werden soll, kann die Induktivität 20 gegebenenfalls durch eine variable Kapazität 18 überbrückt sein; in diesem Fall kann die in Fig. 2 gezeigte Abstimmkapazität 22 fortgelassen werden.

Das Betätigungsnetzwerk 10 kann so ausgebildet werden, daß es sehr wenig Raum beansprucht, so daß es in einen Gegenstand, z. B. einen Ring, einen Armreifen, ein Uhrarmband oder dergleichen eingeschlossen werden kann, den der rechtmäßige Benutzer normalerweise bei sich führt. Bei einer solchen versteckten Anordnung kann die Induktivität 20 des Betätigungsnetzwerks eine solche Lage einnehmen, daß sie sich induktiv der Induktivität des Oszillatorschwingkreises der Steuerschaltung koppeln läßt. Ähnliche Gesichtspunkte gelten für die Anordnung der Induktivität der Oszillatorschwingüchaltung für die Steuerschaltung. Wenn die beschriebene

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Schaltung dazu dient, das Innere eines Kraftwagens zugänglich zu machen, muß auch die Induktivität des Oszillatorschwingkreises auf der Außenseite des Kraftwagens an einer "bequem zugänglichen Stelle und gut verborgen angeordnet sein.

Gemäß Pig. 2 gehören zu der schematisch dargestellten Steuerschaltung ein Hochfrequenzoszillator, eine Hochfrequenzdetektorschaltung zum Ermitteln der Hüllkurve des Ausgangssignals des Oszillators, ein nur das Wechselstromausgangssignal dieser Detektorschaltung verstärkender Niederfrequenz-Wechselstromverstärker sowie eine Wechselspannungs/ Gleichspannungs-ümwandlungsschaltung zum Verwandeln des Ausgangssignals des Niederfrequenzverstärkers in eine Steuergleichspannung. Der Oszillator kann ein Ausgangssignal mit einer "beliebigen geeigneten hohen Frequenz von z. B. 2 MHz erzeugen, das durch das Betätigungsnetzwerk mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 50 kHz moduliert werden kann, Zu dem Oszillator gehört ein Schwingkreis mit einer Kapazität 22 von 50 Picofarad, die mit einer Induktivität parallelgeschaltet ist, welche sich aus einer Induktivität 24 von 33 Mikrohenry und einer damit in Reihe geschalteten Induktivität 26 von 1 Mikrohenry zusammensetzt. An die Schaltung ist an einer Klemme 28 eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von +12 V angeschlossen, und zwischen der Klemme 28 und dem Oszillatorschwingkreis sind ein Strombegrenzungswiderstand 30 von 1 Kiloohm und eine Kapazität 32 von 5 Picofarad in Reihe geschaltet. Der Oszillatorschwingkreis hat vorzugsweise einen großen Widerstand, so daß die an seinen Klemmen erscheinende Spannung plötzlich stark abfällt, wenn der Schaltung mit Hilfe des Betätigungsnetzwerks 10 eine relativ kleine Energiemenge entnommen wird. Dieses Verhalten wird dadurch erzielt, daß aus einem relativ kleinen Teil der gesamten Induktivität des Oszillatorschwingkreis'es ein Signal abgeleitet wird, und daß dieses Signal über eine Kapazität 34 von 100 Picofarad der Basis eines Transistors 36

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ORIGINAL INSPECTED

zugeführt wird, der durch einen Widerstand 38 von 220 ohm vorgespannt ist. Hierdurch wird die Belastung des Oszillatorschwingkreises auf ein Minimum verringert. Das verstärkte Ausgangssignal des Transistors 36 wird an der Verbindungsstelle zwischen dem Kollektor des Transistors und einem Strombegrenzungswiderstand 40 von 1 Kiloohm abgenommen und über eine Kapazität 4-2 von 1 Nanofarad der Basis eines Transistors 44 zugeführt, der durch Widerstände 46 und 4ö bis zur Sättigung vorgespannt wird. Das verstärkte Ausgangssignal des Transistors 44 wird an der Verbindungsstelle zwischen dem Kollektor dieses Transistors und dem Widerstand 30 abgenommen und dem Oszillatorschwingkreis über eine Kapazität 32 zugeführt, so daß die Rückkopplung bewirkt wird, die erforderlich ist, um den normalen Betrieb des Schwingkreises aufrechtzuerhalten. Der Transistor 44 wird normalerweise weitgehend in seinem Sättigungsbereich gehalten, so daß die beim normalen Betrieb der Steuerschaltung auftretenden Schwankungen des Ausgangssignals des Transistors 36 nicht zu größeren Schwankungen des Rückkopplungssignals führen, bei dem es sich um das Ausgangssignal des Transistors 44 handelt.

Der Oszillator erzeugt normalerweise hochfrequente Schwingungen von im wesentlichen konstanter Amplitude. Wird jedoch die Induktivität 20 des Betätigungsnetzwerks 10 induktiv mit der Induktivität 24-26 des Oszillators oder mit einem erheblichen Teil dieser Induktivität gekoppelt, wird die Hüllkurve der hochfrequenten Schwingungen moduliert. Diese Wirkung wird durch die variierende Fähigkeit des Betätigungsnetzwerks 10, Energie aus dem Oszillatorschwingkreis aufnzunehmen, erzielt. Wird die Induktivität 20 des Betätigungsnetzwerks 10 induktiv mit dem größeren Teil 24 der Oszillatorinduktivität 24-26 gekoppelt, wird längs der Induktivität 20 eine Spannung induziert, so daß ein Ladestrom

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über die Diode 16 zu der Kapazität 14 fließt. Hierdurch, entstellt im Halbleitermaterial der Diode 16 eine große Diffusionskapazität, wodurch das Betätigungsnetzwerk näher an die Resonanzfrequenz des Oszillatorschwingkreises herangebracht wird, so daß ein erheblicher Teil der Energie aus dem Oszillatorschwingkreis aufgenommen wird. Diese Entnahme von Energie aus dem Oszillatorschwingkreis führt zu einem erheblichen Abfall der Spannung an dem Oszillatorschwingkreis, so daß sich das Ausgangssignal des Oszillators plötzlich stark verkleinert. Wenn der direkt mit der Kathode der Diode 16 verbundene Beleg der Kapazität 14 zunehmend positiv geladen wird, nimmt sowohl die Diffusionskapazität als auch die Sperrkapazität der Diode 16 zu, da erstens die Diode nicht mehr leitfähig ist, und da sich zweitens die Sperrschicht im Halbleitermaterial der Diode verbreitert. Praktisch kommt die Diode 16 als eine durch eine Oleichspannung geregelte vsraible Kapazität zur Wirkung. Die beschriebenen Vorgänge bewirken, daß das Betätigungsnetzwerk dadurch verstimmt v/ird, daß die gesamte Übergangskauazität der Diode 16 verringert wird, wodurch die die Induktivität 20 überbrückende resultierende Kapazität verkleinert wird. Infolgedessen verringert sich die Fähigkeit des Betätigungsnetzwerks 10, Energie aus dem Oszillatorschwingkreis aufzunehmen. Daher steigen die Spannung an dem Oszillatorschwingkreis und am Ausgang des Oszillators annähernd auf ihre normalen Werte an, jedoch entlädt sich die Kapazität 14 jetzt über den Widerstand 12, wodurch die Rückwärtsvorspannung der Diode 16 verringert v/ird, so daß die Übergangskapazität der Diode durch das Abnehmen der Breite der Sperrschicht vergrößert wird. Wenn die resultierende Vorspannung an den Klemmen der Diode 16 in der Vorwärtsriclrtmng zur Wirkung kommt xaiä ein Strom zu fließen beginnt, entsteht im Halbleitermaterial der Diode 16 plötzlich eine erhebliche Difussionskapazität von etwa 200 Picofarad. Daher wird die Resonanzfrequenz

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des'Betätigungsnetzwerks 10 plötzlich näher an die Frequenz des Oszillatorschwingkreises herangebracht, so daß sich die Fähigkeit des Betätigungsnetzwerks, Energie aus dem Osz'illatorschwingkreis aufzunehmen, plötzlich verringert. Infolgedessen geht die Spannung an dem Oszillatorschwingkreis erneut in einem erheblichen Ausmaß zurück, so daß sich das Ausgangssignal des Oszillators auf ähnliche Weise verkleinert. Diese anhaltende Wechselwirkung zwischen dem Betätigungsnetzwerk 10 und dem Oszillatorschwingkreis wiederholt sich "bei einer niedrigen Modulationsfrequenz, d. h., einer Frequenz , die im Vergleich zur Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators relativ niedrig ist, und zwar so lange, wie die induktive Kopplung zwischen der Induktivität 20 des Betätigungsnetzwerks und dem größeren Teil 24 der Induktivität 24-26 des Oszillatorschwingkreises aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß am Kollektor des die erste Stufe "bildenden Verstärkertransistors 36 ein Oszillatorausgangssignal in Form einer amplitudenmodulierten kontinuierlichen Welle erscheint. Bei dem an diesem Punkt abgenommenen Signal handelt es sich sowohl um das Zwischensignal in der Eückkopplungsschleife als auch um das Ausgangssignal des Oszillators, das über eine Kapazität 50 von 1 Nanofarad der Hochfrequenzdetektorschaltung zugeführt wird. Der negative Teil dieses hochfrequenten, eine variable Amplitude aufweisenden Eingangssignals für die Detektorschaltung wird ü"ber eine Diode 52 zur Erde abgeleitet. Der positive Teil des Signals passiert eine Diode 54, und die hochfrequenten Teile des Signals werden durch eine Hochfrequenz-Drosselinduktivität 56 weitgehend gedämpft, während die niederfrequenten und die Gleichspannungskomponenten die Induktivität 56 passieren und nur relativ wenig gedämpft werden· Die hochfrequenten Komponenten werden außerdem dadurch verkleinert, daß sie zur Erde ü"ber ein einen relativ niedrigen Widerstand aufweisendes Netzwerk abgeleitet werden, das sieh aus einem Widerstand 58 und einer Kapazität 60 zusammensetzt

und gegenüber den niederfrequenten und den Gleichspannungskomponenten als relativ großer Widerstand zur Wirkung kommt. Die niederfrequente Wechselspannungswelle zuzüglich der Gleichspannungskomponente, die auf diese Weise erzeugt werden, "bilden das Aus gangs signal der Detektorschaltung, das dem Niederfrequenzverstärker als Eingangssignal zugeführt wird.

Dieses Eingangssignal wird ü"ber einen Gleichstrom-Blockkondensator 62 der Basis eines eine erste Stufe "bildenden Transistors 64 zugeführt, dem Vorspann- und Strombegrenzungswiderstände 66, 68 und 70 zugeordnet sind. Das Ausgangssignal dieser ersten Stufe erscheint an der Verbindungsstelle zwischen dem Kollektor des Transistors 64- und dem Widerstand 68 und wird über eine Kapazität 72 der Basis eines eine zweite Stufe "bildenden Transistors 74 zugeführt, dem ein Vorspannwiderstand 76 und ein Strombegrenzungswiderstand 78 zugeordnet sind. Das Ausgangssignal dieser zweiten Stufe erscheint an der der Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 64 und dem Widerstand 78 und wird über einen Blockkondensator 80 der Wechselspannungs/Gleichspannungs-Umwandlungsschaltung zugeführt. Für den Fall, daß die Hüllkurve des hochfrequenten Ausgangssignals des Oszillators nicht moduliert ist, ist es ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Verstärkers den Wert Null annimmt.

Der positive Teil des verstärkten niederfrequenten Wechselspannungseingangssignals für die Umwandlungsschaltung wird über eine Diode 82 zur Erde abgeleitet, während der negative Teil des Signals über eine Diode 84 einer Kapazität 86 zugeführt wird, um sie negativ aufzuladen. Für den Fall, daß man die Polung der Dioden umkehrt, ist ersichtlich, daß an der Kapazität 86 ein positives Ausgangssignal erscheint. Die Polarität der Ausgangsspannung kann durch die Eigenschaften der last 88 bestimmt sein, bei der es sich

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um eine drei Anschlüsse aufweisende Halbleitervorrichtung handeln kann, die zum direkten Steuern eines Stromleitungswegs dient, oder um ein Zwischenrelais, wenn ein Strom von großer Stärke gesteuert werden muß. Alternativ kann die Last 88 in Form eines empfindlichen Relais, z. B. eines Zungenrelais, ausgebildet sein.

Alle in den Unterlagen enthaltenen Angaben und Merkmale werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesent- · lieh beansprucht.

AnsOrüche

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Claims

- ίο -

ANSPRÜCHE

11 Induktiv betätigbare Steuerschaltung, gekennzeichnet durch ein Betätigungsnetzwerk (10), das seine eigene Resonanzfrequenz variiert, wenn es mit einer Energiequelle gekoppelt wird, und durch "betätigtiare Schaltungsmittel (I, II, III, IV), die dann, wenn sie an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, ein erstes konstantes Signal erzeugen, durch das eine last (ö8) in einem ersten Einschaltzustand gehalten wird, und die in Abhängigkeit von ihrer Ankopplung an das Betätigungsnetzwerk ein zweites moduliertes Signal erzeugen, durch das die Last in einen zweiten Einschaltzustand gebracht wird.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsnetzwerk eine erste Induktivität (20) aufweist, ferner eine spannungsgeregelte variable Kapazität (l6) sowie Schaltungselemente (12, 14) zum Erzeugen einer variablen Vorspannung für die Spannungsgeregelte variable Kapazität.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Halbleiterdiode (16), deren Übergangskapazität die spannungsgeregelte variable Kapazität bildet.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Erzeugen einer variablen Vorspannung eine erste feste Kapazität (14) gehört, die in einem die erste Induktivität (20) und die Diode (l6) enthaltenden Ladeweg liegt, sowie einen mit der ersten festen Kapazität parallelgeschalteten, einen Entladungsweg bildenden Widerstand (12).

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5» Steuers chaltung nach. Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet , daß zu dem Betätigungsnetzwerk (lO) eine zvieite variable Kapazität (ΐδ) gehört, die mit der ersten Induktivität (20) parallelgeschaltet ist, um das Einstellen des Bereichs der Resonanzfrequenzen des Betätigungsnetzwerks zu ermöglichen.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zu den "betätigharen Schaltungsmitteln ein Oszillator (l) gehört, der einen Oszillatorschwingkreis mit einer dritten Kapazität (22) und eine damit parallelgeschaltete zweite Induktivität (24-26) aufweist, wo"bei mindestens ein Teil (24·) der zweiten Induktivität so angeordnet ist, daß er elektromagnetisch mit der ersten Induktivität des Betätigungsnetzwerks kopperbar ist, ferner eine Detektorschaltung (II) zum Erzeugen eines der Hüllkurve des Oszillatorausgangssignals entsprechenden Ausgangssignals, einen Verstärker (III) zum Verstärken nur der Wechselstromkomponenten des Ausgangssignals der Detektorschaltung sowie eine Umwandlungsschaltung (IV) zum Umwandeln des Wechselstromausgangssignals des Verstärkers in ein Gleichstromausgangssignal.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 6y dadurch g e kennzeichnet , daß der Oszillator mit einer Rückkopplungsschleife versehen ist, zu der ein erster Transistorverstärker (34, 36, 38, 40, 50) gehört, der sein Eingangssignal dem Oszillatorschwingkreis (22, 24, 26) über eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Töil der zweiten Induktivität entnimmt, sowie ein zweiter Transistorverstärker (30, 32, 42, 44, 46, 48), der durch das Aus gangs signal des ersten Transistorverstärkers "betätigt wird, um dem Oszillatorschwingkreis ein phasengleiches Rückkopplungssignal zuzuführen.

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δ. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal des ersten Transistorverstärkers innerhalb eines vorbestimmten Bereichs variabel ist und das der Detektorschaltung (II) zugeführte Eingangssignal umfaßt.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal des zweiten Transistorverstärkers ohne Rücksicht auf Änderungen, des Ausgangssignals des ersten Transistorverstärker^ dadurch konstant gehalten wird, daß der zweite Transistorverstärker in den Zustand der Sättigung gebracht wird.

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