DE2314180C3

DE2314180C3 - Schaltungsanordnung mit zwei zueinander komplementären Transistoren zum Unterhalten der Schwingungen von elektromechanischen Schwingern

Info

Publication number: DE2314180C3
Application number: DE19732314180
Authority: DE
Inventors: Herbert 7803 Gundelfingen Elmis; Wolfgang Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Sauer
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2314180B2; DE2314180A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung und Verbesserung der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent 20 41 827, die auch auf die Schaltungsanordnung nach dem Zusatzpatent 21 10 023 angewendet werden kann, das ein Zusatz zum erstgenannten Patent ist. Die zu diesen beiden Patenten gehörenden Offenlegungsschriften sind veröffentlicht.

Die Schaltungsanordnung nach dem Zusatzpatent 10 023 hat sich in der Praxis als integriertes Bauelement TBA 840 für Armbanduhren bestens bewährt. Bei der Weiterentwicklung dieser Schaltungsanordnung für Großuhren, also Tisch- , Wand- und Weckeruhren, ergab sich jedoch, daß die durch das Absinken der Klemmenspannung üblicher in Uhren verwendeter Batterien bedingte Spannungsabhängigkeit der Schaltung nicht mehr tragbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die eingangs erwähnten bekannten Schaltungsanordntingen nach den beiden Patenten dahingehend zu verbessern, daß die Batteriespannungsabhängigkeit beseitigt wird. Diese Aufgabe ist in der Uhrentechnik bei elektronischen Uhrenantrieben an sich bekannt. Sie wird bei den Schaltungsanordnungen nach den beiden Patenten 41 827 und 21 10 023 erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der nebengeordneten Ansprüche und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausftihrungsbcispielc näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäik· Verbesserung bei der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent 41 827, während

F i g. 2 die erfindungsgemäße Verbesserung bei der Schaltungsanordnung nach dem Zusatzpatent 21 10 023 zeigt,

wobei die jeweilige Schaltung nach den beiden Patenten links von der gestrichelten Linie gezeigt ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst jeweils die Schaltungsanordnung nach den beiden Patenten kurz beschrieben.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. I enthält den Arbeitstransistor 7*1, von dessen Kollektor die einzige Spule L zum einen Pol der Betriebsspannungsquelle Ub, im Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 1 also zum Pluspol der Betriebsspannungsquelle, führt. Die Basis des zum Arbeitstransistor komplementären Steuertransistors 7"2 ist über den Widerstand R 2 am Kollektor des Arbeitstransistors 7*1 und über den Widerstand R i am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle Ub, also am negativen Pol, der als Schaltungsnullpunkt oder als Bezugspotential angesehen werden kann, angeschlossen. Ferner ist das batteriespannungsabgewandte Ende der Spule L in der im llauptpatent 20 41827 geschützten Weise über den Widerstand Ri mit dem Emitter des Steuertranistors T2 verbunden.

Die Basis des Arbeitstransistors T\ und der Kollektor des Steuerlniiisistors 7" 2 sind direkt miteinander verbunden. Der Emitter des Arbeitstransistors

Π liegt am Schaltungsnullpunkt, während der Emitter des Steuert!ansistors 72 in der im Hauptpatent 20 41 827 geschützten Weise über den Kondensator C am einen Pol der Betriebsspannungsquelle L/« liegt.

Die Spule wirkt mit einem nichtgezeigten Magnetsy- ■'> stern zusammen, das einerseits in der Spule Spannungen induziert und auf das andererseits 'las von der Spule erzeugte Magnetfeld in einem den mechanischen Schwinger antreibenden Sinne einwirkt, wenn sich Spule und Magnetsystem relativ zueinander bewegen. ι ο

Die oben erwähnte integrierte Schaltung TBA 840 ist so dimensoniert, daß sie ein durch die in der Spule vom Magnetsystem induzierte Spannung synchronisierbares astabiles Multivibratorverhalten zeigt. Wie der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen gezeigt haben, ist dieses synchronisierbare Multivibratorverhalten optimal, wenn die folgende Bedingungsgleichung erfüllt

Rl g

lh

20

wobei Rl den Gleichstromwiderstand der Spule, Rk den für das Schwingverhalten charakteristischen Widerstand, λ das an der Basis des Steuertransbtors 72 wirksame Spannungsteilerverhältnis R 21(R 1 + R 2) des von den Widerständen R1 und R 2 gebildeten Spannungsteilers, ß\ den Stromverstärkungsfaktor in Emitterschaltung des Arbeitstransistors 7*1 und 52 die Steilheit des Steuertransistors T2 darstellt.

Die angegebene Formel für das optimale Schwing- jo verhalten ist ein Sonderfall der als Schwingbedingung anzusehenden Beziehung:

Rl>Rk-

Das optimale Schwingverhalten begünstigt den j-, Anlauf des mechanischen Schwingers der Uhr, also beispielsweise der Unruh, weil bereits bei kleinen Schwingamplituden die Impulsdurchschaltung durch die in der Spule induzierte Spannung synchronisiert wird. Ferner wird der Abschaltzeitpunkt des in der Spule fließenden Antriebsstromimpulses ebenfalls durch die induzierte Spannung synchronisiert, so daß der Stromverbrauch der Antriebsschaltung gering bleib!.

Die erwähnte Batteriespannungsabhängigkeit ist darauf zurückzuführen, daß der charakteristische Widerstand Rk hauptsächlich durch die Steilheit Si des Steuertransistors T2 bestimmt ist und diese wiederum über den Kollektorstrom linear von der Batteriespannung [Tb abhängt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beseitigt diesen Nachteil durch eine Kompen- >o sationsschaltung, durch die der Emitterstrom des Steuertransistors T2 konstant gehalten wird.

Diese Verbesserung der Schaltung nach dem Hauptpatent 20 41827 ist in Fig. 1 rechts von der senkrechten gestrichelten Linie gezeigt. Sie enthält u. a. 5^r> den Zusatztransistor 74, der zum Steuertransistor T2 komplementär ist. Die Basis dieses Transistors wird vom Abgriff des aus den Widerständen R 7, R 8 bestehenden Spannungsteilers angesteuert, der mit den beiden Polen der Betriebsspannungsquelle Ur verbunden ist. Der mi Kollektor des Zusatztransistors 7"4 ist mit dem batterieabgewandten Anschluß des Kondensators C, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 also auch mit dem Emitter des Stcuertransistors T2, verbunden. Der Emitter des Zusatztransistors 74 führt schließlich über hi den Widerstand R 6 zum Schaltungsnullpunki.

Bei sinkender Batteriespannung sinkt der Kollekiurstrom des Zusatztransistors 74 linear mit der Betriebsspannung ab und kompensiert somit den in reziproker Weise von der Betriebsspannung abhängigen Emitterstrom des Steuertransistors T2 dadurch, daß der an ihm über den Zusatztransistor 74 führende Strompfad bei sinkender Batteriespannung weniger Strom führt.

In Fig. 2 ist links von der senkrechten gestricheilen Linie, wie bereits erwähnt, die Schaltungsanordnung nach dem Zusatzpatent 21 10 023 gezeigt. Diese enthält gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 den zum Arbeitstransistor 7 t komplementären Hilfstransistor 73 und den Widerstand R 4. Dieser ist zwischen das kollektorseitige Ende der Spule L und den Kollektor des Arbeitstransistors Ti geschaltet. Die Basis des HiIFstransistors T3 ist am kollektorseitigen Ende der Spule, d.h. am Verbindungspunkt A von Widerstand R4 und Spule L, angeschlossen, während dessen Kollektor mit dem Minuspol der Betriebsspanniv^squelle Ua und dessen Emitter mit dem emitterseiiig ·π Ende des Kondensators C direkt verbunden ist. Im Bedarfsfalle kann zwischen dem Emitter des Steuertransistors T2 und dem batterieabgewandten Anschluß des Kondensators Cfter weitere Widerstand /?5 vorgesehen werden, der in F i g. 2 gestrichelt eingezeichnet ist.

Durch Einschalten des Widerstandes RA zwischen den Kollektor des Arbeitstransistors und das kollektorseitige Ende der Spule L wird erreicht, daß die am Verbindungspunkt A auftretende impulsförmige Spannung, die nach entsprechender Spannungsteilung an den Widerständen Ri und R2 der Basis des Steuertransistors 7"2 zugeführt wird, während der Einschaltdauer der beiden Transistoren Ti und Γ2, d. h. während des Antriebsimpulses, nicht bis auf die Sättigungsspannung des Arbeitstransistors Ti absinkt, sondern daß die Impulsspannung auch während der Dauer des Antriebsimpulses noch eine Information über die vom Magnetsystem in der Spule induzierte Spannung enthält. Der Kondensator C wird bei jedem Impuls durch den Emitterstrom des Steuertransistors T2 aufgeladen, und zwar umso mehr, je höher die in der Spule L induzierte Spannung ist. Damit verschiebt sich der A.-beitspunkt des Steuertransistors 72 so, daß die Breite des Antriebsimpulses verkleinert wird. In Zusammenwirken mit dem Hilfstransistor 73 ergibt sich somit eine elektronische Stabilisierung der Schwingamplitude des mechanischen Schwingers.

Im rechts von der senkrechten gestrichelten Linie gezeigten Teil der F i g. 2 ist wieder die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung gezeigt. Sie besteht aus denselben Bauelementen wie der entsprechende Schaltung'tei! nach Fig. 1, d.h. aus dem Transistor 74 und den Widerständen Λ 6, R 7 und RS. Diese sind in derselben Weise geschaltet wie im Ausfütvungsbeispiel nach Fig.l und haben somit auch dieselbe Wirkung.

Wie ersichtlich läßt sich die zusätzliche Kompensationsschaltung ohne weiteres in eine bereits vorhandene integrierte Schaltung einbeziehen. Es sind nämlich keine zusätzlichen äußeren Anschlüsse erforderlich, so daß die für die integrierten Bauelemente nach dem älteren Patent bzv» der älteren Patentanmeldung vorgesehenen Gehäusearten auch bei der Erfindung verwendet werden können.

Hierzu I HIaIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit zwei zueinander komplementären Transistoren, von denen der eine als Arbeits- der andere als Steuertransistor dient, zum Unterhalten der Schwingungen von elektromechanischen Schwingern mittels einer einzigen Spule und eines Magnetsystems, die vom Schwinger relativ zueinander bewegt werden, bei der die Spule im Kollektorkreis des Arbeitstransistors liegt und die Basis des Steuertransistors mit dem Kollektor des Arbeitstransistors sowie die Basis des Arbeitstransistors mit dem Kollektor des Steuertransistors gleichstrommäßig gekoppelt sind, wobei nach ii Patent 20 41 827 der Emitter des Steuertransistors wechselstrommäßig Ober einen Kondensator mit einem Pol der Betriebsspannungsquelle, dagegen gleichstrommäßig über ein lineares Netzwerk mit dem kollektorseitigen Ende der Spule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß am batterieabgewandten Anschluß des Kondensators (C) der Kollektor eines zum Steuertransistor (T2) komplementären Zusatztransistor (TA) angeschlossen :sl, dessen Emitter über einen Widerstand am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle (Ub) liegt und dessen Basis mit dem Abgriff eines ohrnschen Spannungsteilers (R 7, RS) verbunden ist, dessen beide Anschlüsse an die Pole der Betriebsspannungsquelle geschaltet sind. jo

2. Schaltungsanordnung mit zwei zueinander komplementären Transistoren, von denen der eine als Arbeits-, der ancü:re als Steuertransistor dient, zum Unterhalten der Schwingungen von Elektromechanischen Schwingern mittel einer einzigen Spule r> und eines Magnetsystems, die vom Schwinger relativ zueinander bewegt werden, bei der die Spule im Kollektorkreis des Arbeitstransistors liegt und die Basis des Steuertransistors mit dem Kollektor des Arbeitstransistors sowie die Basis des Arbeitstransistors mit dem Kollektor des Steuertransistors gleichstrommäßig gekoppelt sind, wot si nach Patent 20 41 827 der Emitter des Steuertransistors wechselstrommäßig über einen Kondensator mit einem Pol der Betriebsspannungsquelle, dagegen gleichstrommäßig über ein lineares Netzwerk mit dem kollektorseitigcn Ende der Spule verbunden ist und wobei nach Patent 21 10 023 zwischen den Kollektor des Arbeitstransistors und das eine Ende der Spule ein Widerstand geschaltet ist und ein zum Arbeitstransistor komplementärer Hilfstransistor mit seiner Basis am Verbindungspunkt zwischen der Spule und diesem Widerstand, mit seinem Kollektor am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle und mit seinem Emitter am batterieabgewandten Anschluß des Kondensators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am baiterieabgewandten Anschluß des Kondensators (C) der Kollektor eines zum Steuertransistor (T2) komplementären Zusatztransistors (T 4\ angeschlossen ist, dessen Emitter über einen Widerstand am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle (Ub) liegt und dessen Basis mit dem Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers (R 7, R 8) verbunden ist, dessen beide Anschlüsse an die Pole der Betriebsspannungsquelle geschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer der Spule (L) und dem Kondensator (Q monolithisch integriert ist.