DE2400644A1

DE2400644A1 - Durch beruehrung betaetigbarer elektronischer schalter

Info

Publication number: DE2400644A1
Application number: DE2400644A
Authority: DE
Inventors: David E Colglazier; Willis A Larson
Original assignee: Magic Dot Inc
Current assignee: Magic Dot Inc
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-08
Publication date: 1974-08-08
Also published as: ZA739255B; FR2298234A1; IL43873A; FR2298234B1; AU6343873A; CA1022642A; JPS49109870A; GB1462777A; CH578806A5; IT1000569B; IL43873A0

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 8. Januar 1974 WeAh - H 2290

MAGIC DOT, INC.

40 Washington Avenue South, Minneapolis, Minnesota 55401, U.S.A.

Durch Berührung betätigbarer elektronischer Schalter

Die Erfindung betrifft allgemein Schalter und insbesondere elektronische Schalter und speziell solche elektronische Schalter, die durch Berührung betätigbar sind.

Ein durch Berührung betätigbarer elektronischer Schalter, der ohne bewegliche 'Teile auf einfache Berührung anspricht, erscheint grundsätzlich dazu geeignet, mechanische Schalter in im wesentlichen allen Anwendungsfällen zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch Berührung betätigbaren elektronischen Schalter zu schaffen, der wirtschaftlich hergestellt werden kann, der außerdem geringe Abmessung aufweist, zuverlässig arbeitet, gegen Rauschen oder Störungen weitgehend unempfindlich ist, sich leicht herstellen läßt und mit Strömen arbeitet, die unterhalb des Pegels liegen, der für den Menschen schädlich werden könnte.

Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß ein Differenzverstärker vorgesehen ist, der einen ersten Signaleingang und einen zweiten Signaleingang zum Empfang von Differenzsignalen aufweist, die zu verstärken sind, und weiterhin einen

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Signalausgang hat, um ein mit dem Eingangssignal in Beziehung stehendes Ausgangssignal zu liefern, daß weiterhin eine Berührungsfläche vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstärkers vorhanden ist, daß weiterhin eine Wechselspannungs-Empfangseinrichtung vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstärker vorgesehen ist, um eine, im wesentlichen gleiche Gleichtakt-Wechselspannung an den Differenzverstärtcereingang zu liefern, daß weiterhin eine Integrationseinrichtung vorhanden ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers und der Integrationseinrichtung herzustellen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters sieht vor, daß die Berührungsfläche über ein verdrilltes Leiterpaar mit dem Differenzeingang eines Differenzverstärkers verbunden ist. Einer der Leiter des verdrillten Leitungspaares ist elektrisch mit der Berührungsfläche verbunden, und der andere, im wesentlichen gleich lange Leiter, bleibt unverbunden.

Weiterhin wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Gleichtaktspannung von einer herkömmlichen Wechselspannungsversorgung an den Differenzeingang des Differenzverstärkers geführt, und es ist weiterhin ein wirksamer Shunt für das Wechselspannungs-Ausgangssignal an den Differenzverstärker angeschlossen, und zwar aurch Anschluß eines Kondensators an die üblicherweise für Zwecke der iüullpunktsverschiebung verwendeten Klemmen. Wenn der Differenzverstärker geerdet sein soll, kann dieser Gleichtakteingang durch eine elektrische Verbindung mit der Spannungsversorgung über ein Paar von Eingangswiderständen hergestellt werden. Wenn der Schalter erdfrei bleiben soll, r:ann diese elektrische Verbindung beispielsweise durch die elektrische Schwingung der SenundärwicKlung:

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eines Transformators oder Übertragers geliefert werden, welcher in der Energieversorgungseinheit des Schalters verwendet wird.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird dann an einen Integrationskondensator geführt und an einen weiteren Verstärker, der eine entsprechende Leistung aufweist, um die Erfordernisse des elektronischen Schalters zu- erfüllen.

Die Verwendung eines Differenzverstärkers in dem Schalter gemäß der Erfindung gewährleistet eine verbesserte Unempfindlichkeit gegen häuschen oder Störungen, da ein wirksamer Shunt für das Wechselspanmuigs-Ausgangssignal vorhanden ist. Weiterhin gewähr- · leistet die Verwendung eines Differenzverstärkers den Einsatz einer langen verdrillten Eingabeleitung, wo dies erwünscht ist.

Der erfindungsgemäße Schalter weist unter anderem folgende wesentliche Vorteile auf:

er ist leicht herstellbar, er ist wirtschaftlich herstellbar, er weist geringe Abmessungen auf, er arbeitet zuverlässig, er ist gegen Störungen oder Hauschen weitgehend unempfindlich, seine Empfindlichkeit läßt sich ohne Beeinträchtigung der Schaltcharakteristik wesentlich steigern, seine Berührungsfläche läßt sich auf Abstand vom übrigen Schalter anordnen, Störsignale aus der Umgebung ohne Beziehung zur Betätigung des Schalters lassen sich weitgehend unterdrücken und der Schalter kann mit Eingangsströmen unterhalb eines für den henschen schädlichen Pegels arbeiten.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

i'ig. 1 eine schematische Darstellung eines durch Berührung betätigbaren elektronischen Schalters gemäß der Erfindung, wobei verschiedene i'unktionsblöcke der Schaltung in

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gestrichelten Linien oder einer Kombination von gestrichelten und durchgezogenen Linien eingeschlossen sind und

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung ist der in seiner Gesamtheit mit ΊΟ bezeichnete, durch Berührung betätigbare elektronische Schalter als eine Einheit dargestellt, welche eine Berührungsfläche 12, einen Differentialverstärker 14, eine Integriereinrichtung in Form eines Kondensators 16 und einen weiteren Verstärker 18 aufweist. Eine Energieversorgung 20, welche die oben genannten Elemente mit Energie versorgt, liefert ein Gleichtakt-Wechselspannungssignal, und ist mit 22 bezeichnet.

Gemäß Fig. 1 ist die Berührungsfläche 12 mit den Eingängen 24 und 26 des Differenzverstärkers 14 über ein verdrilltes Paar von Leitungen 28 und 30 verbunden. Über den Leiter 28 ist die Berührungsfläche 12 mit dem Eingang 26 elektrisch über einen Widerstand 32 verbunden, der dazu eingeschaltet ist, um einen Strompegel unterhalb einer gefährlichen Grenze für eine Bedienungsperson zu gewährleisten, und zwar zwischen der Berührungsfläche 12 und der übrigen Elektronik. In ähnlicher Weise ist der Leiter 30 mit dem Eingang 24 über einen Widerstand 34- verbunden und weist im wesentlichen dieselbe Länge auf wie der Leiter 28, indem er sich in den Bereich der Berührungsplatte 12 erstreckt, jedoch nicht angeschlossen ist. Das verdrillte Paar 28 und 30 wird dazu verwendet, um eine bessere Bausehunterdrückung oder kauschunempfindlichkeit in Verbindung mit dem Differenzverstärker 14 zu bekommen.

An den Eingang mit den Klemmen 24 und 26 des Differenzverstärkers ist weiterhin eine Gleichtakt-Wechselspannung aus dem Block 22 geführt. Die Stromversorgungseinheit 20 umfaßt einen in seiner Gesamtheit mit 36 bezeichneten Übertrager, der eine Primärwicklung

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und eine Sekundärwicklung 40 aufweist. Die Primärwicklung 38 weist Klemmen 42 und 44 auf, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, wobei die Klemme 44 an eine mit 46 bezeichnete Erde gelegt ist.

Der Block 22 liegt auch zwischen der Klemme 42 des Übertragers 36 und der Erdklemme 46, und zwar über den Leiter 48, dessen eines Ende mit der Klemme 42 verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem Spannungsteilerwiderstand 50 verbunden ist. Der Widerstand 50 ist seinerseits mit einem Verbindungspunkt 52 verbunden, der wiederum mit einem weiteren Spannungsteilerwiderstand 54- verbunden ist, der seinerseits mit der Erdklemme 46 über einen Leiter 56 verbunden ist. Der Block 22 ist dann mit den Eingängen 24 und 26 über einen Leiter 58 verbunden, der sich zwischen dem Verbindungspunkt 52 im Block 22 und einem weiteren Verbindungspunkt 60 erstreckt, der mit dem Eingang 24 über einen Widerstand 62 und mit dem Eingang 26 über einen Widerstand 64 verbunden ist.

Die übrigen Teile der Energieversorgungseinheit 20 weisen eine Gleichrichterdiode 66 auf, die zwischen einer ersten Klemme 68 der Sekundärwicklung 40 des Übertragers und einem Verbindungspunkt ?Ό liegt, der ebenfalls mit der einen Seite eines i'ilterkondensators ?2 verbunden ist. Die andere Verbindung zum Kondensator '/2 erfolgt über einen Verbindungspunkt 74-₅ der außerdem mit einer weiteren Klemme 76 der Sekundärwicklung 40 des Übertragers und mit der ErdKlemme 46 verbunden ist.

Der Differenzverstämer 14 umfaßt einen herkömmlichen Verstärker, der mit 78 bezeichnet ist, welcher in der bevorzugten Ausführungsform ein Verstärkertyp ist, der in integrierter Bauweise unter der Hummer 748 von vielen Herstellern geliefert wird. Die Bezeichnung 746-Verstärker, der in der Zeichnung mit 78 bezeichnet ist/, ist sehr ähnlich oder identisch im Aufbau und im Betrieb mit dem außerdem in integrierter Bauweise unter der Standara- ^ "741" lieferbaren Verstärker, mit aer Ausnahme, daß

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die in der Zeichnung mit 80 und 81 bezeichneten Klemmen, die sich als Nullpunktverlagerungsklemmen bezeichnen lassen, mit den Ausgängen der ersten Differenzverstärkerstufe in der "y4b"_r Verstärkerschaltung 78 verbunden sind, die in der Zeichnung dargestellt sind, und mit den Emittern der Transistoren in der ersten Stufe der "74-1 "-Verstärkerschaltung verbunden sind, wie dem Fachmann an sich bekannt ist.

Eine Einrichtung zur Erzeugung eines wirksamen Ausgangssignalßhunts zum Verstärker 78 bei der Wechselspannung, die an den Eingängen 24 und 26 empfangen wird, ist in i'orm des Kondensators 82 dargestellt, der an den Klemmen 80 und 81 mit hoher Impedanz liegt, die zuvor zur Einstellung einer Gleichspannungs-Hullpunktsverschiebung verwendet wurden.

Weiternin liegt ein Widerstand 83 zur Einstellung des Zustandes des Schalters 10 gemäß der Erfindung zwischen der Klemme 81 und der Erd&lemme

Somit umfaßt der Verstärker 78 Transistoren 85 bis 101 einschließlich, Dioden 110 bis 114 einschließlich und Widerstände 120 bis 130 einschließlich, die in herkömmlicher Weise zwischen Eingängen 24 und 26 angeordnet sind, und einen Verstärkerausgang 140. Eine Vorspannungsklemme 142 für den Verstärker '/o ist r:.it der Erdklemme 84 verbunden, und eine zweite Vorspannungsklemine 146 ist mit der Quelle für eine positive Gleichspannung von aer Energieversorgung 20 verbunden, die an dem Verbind^ngspunrit 70 mittels des Leiters 14c, am Verbinaungspunkt 150 mittels des weiters 152, am Verbindunyspunkt 154 mittels aes .Leiters 156 und am Verbindungspunkt 158 mittels des -Leiters 160 zur Verfügung steht. Ein Lastwiderstand 162 is"C dann zwischen dem Verstämerausgang 140 und dein Verbindungspunkt I50 angeordne .

Der Ausgang 140 ist weirerhin mit den- Verbinaungspunkt 164 ein-is weiteren Verstärkers 165 verbunden, und zwar innerhalb άβε

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Differenzverstärkers 14. Insbesondere ist der Verbindungspunkt 164 mit dem Verbindungspunkt 140 über einen Widerstand 166 verbunden und weiterhin mit der Basis eines Transistors 168, mit dem Verbindungspunkt 154 über einen Widerstand 170 und mit der Erdklemme 84 über einen Widerstand 172. Der Emitter des Transistors 168 ist mit dem Verbindungspunkt 154 verbunden, und sein Kollektor ist mit dem .Ausgang 174 verbunden, um den zusammengesetzten Differenzverstärker 14 zu bilden.

Der Ausgang 174 des Verstärkers 14 ist dann mit einem Vtrbindungspunkt 176 über einen Leiter 178 verbunden. Der Verbindungspunkt 176 ist weiterhin mit der Erdklemme 84 über eine Parallelschaltung des Kondensators 16 und des Widerstandes 180 verbunden. Der Verbindungspunkt 176 ist weiterhin mit dem Eingang 182 des Verstärkers 18 über einen Widerstand 183 verbunden.

Der Verstärker 18 weist eine Darlington-Anordnung von NHni-Transistoren 184 und 186 auf, deren gemeinsame Kollektoren mit dem Verbindungspunkt 158 über einen Strombegrenzungswiderstand 188 verbunden sind. Die Basis des Transistors 184 ist mit dem Verstärkereingang 182 verbunden, während die Emitter des Transistors 186 mit der Basis eines weiteren NPIT-Transistors 190 und mit dem Lrdpunkt 84 über eine Reihenschaltung aus dem Widerstand 192, der Diode 194, dem Verbindungspunkt 196 und dem Widerstand 198 vei-bunden ist. Der Kollektor des Transistors 190 ist weiterhin mit dem Verbindungspunkt 158 über einen weiteren Strombegrenzerwiderstand 200 verbunden. Der Verbindungspunkt 196 ist weiterhin mit dem Emitter des Transistors 190 und mit der Basis eines weiteren ITPN-Transistors 202 verbunden, dessen kollektor mit dem Ausgang 204 des Verstärkers 18 und dessen Emitter mit der Erdklemme 84 verbunden ist.

Der Lastviiderstand gemäß der Erfindung ist mit 206 bezeichnet und ist zwischen dem Ausgang 204 und dem Verbindungspunkt 158 angeordnet, £^%ür den Fachmann ist ersichtlich, daß der Lastwiderstand 206 ein Widerstand oder eine andere elektronische Last

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sein .kann, und zwar für den Schalter 10 gemäß der Erfindung. Es hängt von dem erforderlichen Strom für die tatsächliche Last ab, der geschaltet werden soll, was jetzt durch den Lastwiderstand 206 dargestellt ist, und die genaue Auslegung der elektronischen Schalteranordnung gemäß der Erfindung muß diesen Verhältnissen Rechnung tragen. Dies bedeutet, daß zwar der Schalter stets einen Verstärker 14 mit einem Differenzeingang .aufweist, daß die genaue Anzahl der Verstärkerstufen jedoch von den Stromverhältnissen und der Art der Last abhängt. Da der Eingangsstrom, der verwendet werden soll, unterhalb der für eine Bedienungsperson eventuell schädlichen Schwelle liegen soll, d. h. unterhalb von 1 Mikroampere, so bedeutet dies, daß die Anzahl der Verstärkerstufen, die zur Verstärkung und zur Ermittlung dieses Stromes in zuverlässiger Weise erforderlich ist, wobei zugleich der gewünschte Ausgangsstrom an die Last 206 geliefert wird, einfach derjenigen Anzahl von Stufen entspricht, die erforderlich ist, um jeweils den Ausgangsstrom zu liefern, der von dem Eingangsstrom mit bevorzugtem geringem Pegel erhältlich ist. Deshalb kann sich die Konfiguration des Verstärkers 14 grundlegend ändern, und zwar durch Vergrößerung der Anzahl der Verstärkungsstufen, was im allgemeinen erforderlich ist, wenn ein erhöhter Ausgangsstrom verlangt wird, oder durch Verringerung der Anzahl der Verstärkungsstufen. Auch kann die exakte Konfiguration des Verstärkers 18 sich mit veränderten Anforderungen ändern, die an den Schalter gestellt werden, oder könnte sogar überhaupt entfallen.

Nachfolgend werden bevorzugte Werte für verschiedene Komponenten des Schalters 10 gemäß der Erfindung angegeben. Die durch die Spannungsversorgungseinheit 20 gelieferte Spannung weist eine Polarität und einen Pegel auf, der der übrigen Schaltung angepaßt ist. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Spannung am Verbindungspunkt 70 positiv in bezug auf den Erdpunkt 84 und hat einen Wert von 15 Volt. Die Erfindung

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ist jedoch, nicht auf diese Werte beschränkt.

Allgemein läßt sich, weiterhin feststellen, daß für den Fachmann erkennbar ist, daß die nachfolgend angegebenen Zahlenwerte lediglich bevorzugte Werfe sind, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre, wenn dies nicht ausdrücklich zum Ausdruck gebracht ist. Die Werte dienen lediglich als Richtwerte und als Hilfestellung bei der Ausführung der Erfindung.

Die Werte der Widerstände 32 und 34- liegen im Megaohmbereich und sollen gemäß der Darstellung dazu dienen, den Benutzer der Berührungsfläche 12 gegen einen möglichen elektrischen Schlag zu schützen, sollen ein Durchschlagen der Isolierung oder ähnliches verhindern.

Die Widerstände 62 und 64 liegen im Bereich von 100 E.iloohm bis 50 Megaohm, wobei ein bevorzugter Wert im Bereich von 5 Megaohm liegt. Mit einem geringen Widerstand wird ein geringerer Differenzsignaleingang zur Betätigung des Schalters zur Verfügung gestellt, wie es nachfolgend erläutert wird. Im entgegengesetzten Falle liefert ein höherer Wert eine leichtere Betätigung des Schalters, indem ein höherer Differenzsignaleingang bereitgestellt wird.

Die Widerstände 50 und 54- dienen zur Spannungsteilung eines Wechselspannungssignals und liegen im allgemeinen im Bereich von 10 Kiloohm bis zur Größenordnung von 1 Megaohm. Außerdem kann der Block 22, welcher diese Widerstände enthält, andere Formen annehmen und kann dennoch die Gleichtaktsignal-Erfordernisse gemäß der Erfindung erfüllen. Diese anderen Formen können einen Transformator mit einem Ausgang auf der gewünschten Spannung aufweisen, möglicherweise einen Spannungsabgriff auf dem Transformator 36 der Energieversorgungseinheit 20, einen großen Keihenwiderstand zur Verminderung der Spannung und des Stromes auf gewünschte Werte, einen Oszillator oder ähnliche Baugruppen.

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Der Wert des Widerstandes 83 liegt im Bereich von 100 Kiloohm bis 100 Tiegaohm, wobei der untere Bereich der Widerstände eine geringere Schälterempfindlichkeit und eine höhere Unempfindlichkeit gegen Rauschen oder Störungen gewährleistet.

Der Wert des Kondensators 82 liegt im Bereich von 1000 Picofarad bis 0,1 Mikrofarad, wobei ein Empfindlichkeitsabfall bei etwa 0,05 Hikrofarad zu bemerken ist. Betriebsergebnisse wurden mit Werten des Kondensators 82 bis zu mehr als 2 Mkrofarad erreicht, wobei jedoch eine verminderte Empfindlichkeit der Schaltung zu beobachten war.

Die Frequenz der Wechselspannung für alle angegebenen Werte beträgt 60 Hertz, die ohne Schwierigkeiten zur Verfügung stehen. Es können jedoch auch andere Frequenzen verwendet werden.

Der Wert des Kondensators 16 liegt in der Größenordnung von 1000 Picofarad und ist in dieser Größenordnung gewählt, da ein Kondensator dieser Größe leicht als integriertes Bauteil oder in Dickfilmtechnik herstellbar ist, und zwar als Iiassenartikel in der Größenordnung von einem Zehntel Quadratmillimeter. Der Wert des Kondensators 16 ist weiterhin so gewählt, daß gewährleistet ist, daß der Ausgangsstrom vom Verstärker 14 ausreicht, um den Kondensator 16 innerhalb der Periode der Wechselspannung zu laden, die hieijvon Interesse ist, um auf diese Weise eine rasche Betätigung des Schalters zu ermöglichen.

Der Widerstand 180 hat sich als nützlich erwiesen, um die Zykluszeit des Schalters gemäß der Erfindung zu fördern. Werte in der Größenordnung von 20 Ilegaohm haben sich als vorteilhaft herausgestellt, bei denen der Kondensator im aktiven Iiodus der Schaltung nicht wesentlich entladen wird.

Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung erläutert. Im Prinzip arbeitet der Schalter 10 gemäß der Erfindung

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bei Berührung der !Fläche 12 durch eine Bedienungsperson. Die Kapazität des Körpers einer Bedienungsperson, die mit etwa 100 Picofarad angenommen werden kann, erzeugt ein Differenzeingangssignal für den Differenzverstärker 14, wodurch die Ladung des Kondensators 16 bewirkt wird. Die Ladung des Kondensators 16 bewirkt dann, daß der Verstärker 18 derart beaufschlagt wird, daß die elektrische Impedanz zwischen den Klemmen 204 und der Betriebserde 84 einen mit hoher Impedanz angenommenen ersten Zustand annimmt, was einem elektrisch geöffneten Kreis oder einem ausgeschalteten Zustand entspricht, oder einen zweiten Zustand mit einer geringen Impedanz annimmt, was einem elektrischen Kurzschluß oder einem eingeschalteten Zustand entspricht, um dadurch die zwei Zustände eines herkömmlichen mechanischen elektrischen Schalters annähernd nachzubilden, wobei die Bedingung, welche von der Impedanz zwischen den Klemmen 204 und 84 zu erfüllen ist, davon abhängt, ob eine Bedienungsperson die Berührungsfläche 12 berührt hat oder nicht.

Mit anderen Worten, der Gleichtaktblock 22 liefert eine Wechselspannung mit Gleichtaktanteil, und zwar an die beiden nicht vorgespannten Eingänge 24 und 26 des Differenzverstärkers 14. Aufgrund der an sich bekannten Eigenschaften des Differenzverstärkers ändert sich das Ausgangssignal am Ausgang 174 des Differenzverstärkers 14 nicht, d. h., im Idealfalle erzeugen gleiche Signale an den Differenz eingängen 24 und 26 keine Veränderung des Ausgangssignals;

Unter der Annahme, daß der Verstärker 14 derart betrieben wird, daß die Ruhegleichspannung am Ausgang 140 des Verstärkers 78 entweder in der Nähe der Speisespannung liegt, die am Verbindungspunkt 150 auftritt, oder in äer Nähe derjenigen Spannung, welche am Erdpunkt 84 auftritt, so ist der Transistor 168 entweder voll durchlässig oder voll gesperrt. Somit ist die Ladung auf dem Kondensator 16 entweder die volle Versorgungsspannung oder gleich Null. Dies ist der Normalfall, unter der

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Annahme, daß der Verstärker 78 in einer geöffneten Kette betrieben ist, was eine volle Verstärkung bedeutet, da sein Verstärkungsfaktor typischerweise 200 000 Volt pro Volt für einen "748"-Verstärker beträgt, und eine beliebige kleine Gleichspannungsunsymmetrie bringt den Ausgang dazu, daß er sich seinen Spannungsgrenzen nähert.

Der spezielle Zustand des Ausgangs 140 des Verstärkers 78 ist entweder intern gesteuert , und zwar mit einigen Verstärkern, oder in anderer Weise wie durch einen eventuell vorgesehenen Widerstand 83, der durch seine Impedanz gegen Erde von der Klemme 81 die Spannung am Ausgang 140 des Verstärkers 78 derart steuert, daß sie sich der Versorgungsspannung nähert, wenn die Fläche 12 nicht von einer Bedienungsperson berührt wird. Der Zustand des Verstärkers 78 kann dann durch Anschaltung des Widerstandes 83 an die Klemme 80 oder durch eine andere herkömmliche Hethode verändert werden, wenn dies erwünscht ist.

Es ist zu bemerken, daß diese Flexibilität im Zustand des Verstärkers 78 und somit der Zustand des gesamten Verstärkers 14 ermöglicht, daß der Schalter 10 gemäß der Erfindung entweder im eingeschalteten oder im ausgeschalteten Zustand bleibt, und zwar im einen Zustand, bevor eine Berührung durch eine Bedienungsperson stattgefunden hat, und im entgegengesetzten Schaltzustand nach einer solchen Berührung. Weiterhin kann durch ein entsprechendes Verriegeln oder eine Rückführung erreicht werden, daß der Schalter 10 gemäß der Erfindung als ein verriegelter Schalter oder ein selbsthaltender Schalter oder eine ähnliche Schalterkonfiguration ausgebildet ist, anstatt des oben beschriebenen momentan wirkenden Schalt ers.-

Wenn zur Erläuterung angenommen wird, daß im Ruhezustand die Spannung am Verbindungspunkt 140 sich der Versorgungsspannung am Verbindungspunkt 150 nähert, ist der Transistor 168 während dieses Ruhezustandes gesperrt, und am Kondensator 16 tritt keine Spannung auf. Dadurch werden die Transistoren im Verstärker

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gesperrt, und es wird eine hohe Impedanz an den Schaltklemmen 204-84 erzeugt.

Unter der Annahme, daß von diesem Ruhezustand ausgegangen wird, erzeugt die Berührung einer Bedienungsperson an der Berührungsfläche 12 eine Kapazität von einigen Hundert Picofarad zwischen dem Eingang 26 des Differenzverstärkers 14 und Erde und erzeugt ein nicht-symmetrisches oder ein Differenzsignal am Verstärker 14. Dies "bedeutet, daß ein Strom in einer Schleife von dem Block 22 über den Widerstand 64, durch den Widerstand 32, durch die Berührungsplatte 12, durch die Kapazität der Bedienungsperson und an Erde fließt. Dieser Strom verursacht eine Unsymmetrie, die ein Eingangssignal für den Differenzverstärker 14 hervorruft, so daß der Verstärker den Zustand am Ausgang 140 ändert.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß der Kondensator 82, der zwischen Klemmen liegt, die sich auch als Gleichspannungs-' Nullverschiebungsklemmen "bezeichnen lassen, einen erheblichen Ausgangs-Shunt darstellt, der die Wirkung von kleinen Unsymmetrien beseitigt, um das Arbeiten des Schalters gemäß der Erfindung zu ermöglichen. Ohne diesen Ausgangs-Shunt können Störprobleme oder Rauschprobleme ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Schalters 10 gemäß der Erfindung verhindern.

Wenn somit angenommen wird, daß keine Rauschprobleme oder Störprobleme mehr bestehen und eine Zustandsänderung am Ausgang 140 erzeugt wurde, wie es oben erläutert wurde, so wird der Zustand des Transistors 168 verändert, der Kondensator 16 wird geladen und die Ladung auf dem Kondensator 16 in Verbindung mit dem Widerstand 184 wirkt als Stromquelle für den Verstärker 18. Dieser Eingangsstrom versetzt die Transistoren im- Verstärker 18 in den durchlässigen Zustand und verursacht eine Zustandsänderung im Schalter 10 derart, daß sich die Ausgangsklemmen 204-84 vom Zustand hoher Impedanz in einen Zustand niedriger Impedanz ändern.

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Eb kann auch erwünscht sein, eine oder mehrere dieser Verbindungen zwischen der Betriebserde und dem Erdpotential im Schalter gemäß der Erfindung aufzuheben und den Schalter erdfrei zu lassen. In diesem Falle kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unverändert bleiben, oder der Block 22 und sein zugehöriges Gleichtaktsignal können eliminiert werden, wenn eine Schwingung an den Verstärker 14- über eine erdfreie Spannungsversorgung 20 und eine andere geeignete Einrichtung geliefert wird, wie es in der US-Anmeldung 235 671 vom 17. 3· 1972 beschrieben ist, welche den Titel trägt, "Durch Berührung betätigbarer elektronischer Schalter", und welche auf den Erfinder Willis A. Larson zurückgeht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist allgemein in Form einesJBlockdiagramms in der Fig. 2 dargestellt. In diöser Ausführungsform ist ein unsymmetrisches Eingangssignal absichtlich dem Differenzverstärker 14 zugeführt, und zwar durch Hinzufügen des Kondensators 210 zwischen dem Eingang 26 und der Erde 46. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Kondensator 210 eine Kapazität von etwa 100 Picofarad, um in etwa der normalen Kapazität eines menschlichen Körpers angeglichen zu sein. Dieser unsymmetrisciie Eingang erzeugt dann einen ersten Ausgangsschalterzustand. Bei Berührung der Fläche 12, die in dieser Ausführungsform mit dem Leiter 30 verbunden ist, fügt die Bedienungsperson eine Kapazität hinzu, so daß über den Abgleichkonäensator 210 und den Eingang des Verstärkers 14· wieder ein Ausgleich hergestellt wird, so daß aufgrund dieser Veränderung der Ausgangsschalter eine Schalterbetätigung anzeigt.

-tatentansprücjae-

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Claims

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Patentansprüche

π). Durch. Berührung toetätigbarer elektronischer Schalter, dadurch gekennz eichnet, daß ein Differenzverstärker vorgesehen ist, tier einen ersten Signaleingang und einen zweiten Signaleingang zum Empfang von Differenzsignalen aufweist, die zu verstärken sind, und weiterhin einen Signalausgang hat, um ein mit dem Eingangssignal in Beziehung stehendes Ausgangssignal zu liefern, daß weiterhin eine Berührungsfläche vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des DifferenzVerstärkers vorhanden ist, daß weiterhin eine Wechselspannungs-Empfangseinrichtung vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstärker vorgesehen ist, um eine im wesentlichen gleiche Gleichtakt-Wechselspannung an den Differenzverstärkereingang zu liefern, daß weiterhin eine Integrationseinfichtung vorhanden ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers und der Integrationseinrichtung herzustellen.

2. Schalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine hei der von der Empfangseinrichtung empfangenen Frequenz wirksame Shunt-Einrichtung für den Ausgang des Differenzverstärkers vorgesehen ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichnet, daß ein weiterer Verstärker vorgesehen ist, der einen Signaleingang aufweist, um ein zu verstärkendes Signal zu. empfangen, und einen Signalausgang hat, um ein verstärktes

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Ausgangssignal zu liefern, und daß eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Integrationseinriehtung und dem Eingang des zusätzlichen Verstärkers vorhanden ist.

4-, Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstärker eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten ßignaleingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

5. Schalter nach Anspruch 4-, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstärkers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem ßignaleingang des Differenzverstärkers und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um eine verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu gewährleisten.

6. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstärkers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang des Differenzverstärkers und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um eine verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu gewährleisten.

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7. Schalter nach. Anspruch. 2, dadurch, gekennzeich-' net, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstärker eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten Signaieingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennz eichn e t, daß die.Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstärkers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang des Differenzverstärkers und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um eine verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu gewährleisten.

9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstäkrer eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten Signaleingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

10. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstäkrers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang des Differenzverstäkrers und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um ein®

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verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Hauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu . gewährleisten.

11. Durch Berührung betätigbarer elektronischer Schalter, dadurch gekennz eichnet, daß eine Differenz-Fühlereinrichtung mit einem ersten Signaleingang und einem zweiten Signaleingang zum Empfang von DifferenzSignalen vorgesehen ist, welche weiterhin einen Signalausgang aufweist, um ein zu den Eingangssignalen in Beziehung gesetztes Ausgangssignal zu liefern, daß weiterhin eine Berührungsfläche vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung vorhanden ist, um eine elektrische Verbindung zwischen de.r Berührungsfläche und einem Eingang der Differenz-Fühlereinrichtung herzustellen, daß weiterhin eine Einrichtung zum Empfang einer Wechselspannung vorhanden ist, daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und der Differenz-Fühlereinrichtung herzustellen, um eine im wesentlichen gleiche Gleichtakt-Wechselspannung an den Eingang der Fühlereinrichtung zu liefern.

12. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integrierexnrichtung vorgesehen ist, und daß weiterhin eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgang der Differenz-Fühler einrichtung und der Integriereinrichtung vorhanden ist.

15. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz-Fühlereinrichtung eine Differenzverstärkereinrichtung aufweist.

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14-, Schalter nach. Anspruch 13 j dadurch g e k ennz'e i ohne t, daß eine "bei der von der Empfangseinrichtung empfan genen Frequenz wirksame Shunt-Einrichtung für den Ausgang des Differenzverstäkrers vorgesehen ist.

15* Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennz eichn e t, daß ein weiterer Verstärker vorgesehen ist, der einen Signaleingang aufweist, um ein zu verstärkendes Signal zu empfangen, und einen Signalausgang hat, um ein verstärktes Ausgangssignal zu liefern, und daß eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Integrationseinrichtung und dem Eingang des zusätzlichen Verstärkers vorhanden ist.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem Differenzverstärker eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten Signaleingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

17· Schalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem Eingang des Differenzverstärkers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang des Differenzverstärkers und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um eine verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu gewährleisten.

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18. Schalter nach. Anspruch 13, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem
Eingang des Differenzverstärkers ein verdrilltes Leiterpaar aufweist, "bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang des
. Differenzverstärkers und der zweite Leiter mit dem anderen
Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, um eine
verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und dem Differenzverstärker zu gewährleisten.

19· Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und dem
Differenzverstärker eine Impedanzeinrichtung aufweist, die
mit dem ersten Signaleingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang
verbunden ist.

20. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Berührungsfläche und einem
Eingang der Differenz-Fühlereinrichtung ein verdrilltes
Leiterpaar aufweist, bei dem ein Leiter mit einem Signaleingang der Diff erenz-IPühlereinrichtung und der zweite Leiter mit dem anderen Eingang der Differenz-ITühl er einrichtung verbunden ist, um eine verbesserte Sicherheit gegen Störungen und Rauschen zwischen der Berührungsfläche und der
Differenz-Fühlereinrichtung zu gewährleisten.

21. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Verstärker vorgesehen ist, der
einen Signaleingang aufweist, um ein zu verstärkendes Signal zu empfangen, und einen Signalausgang hat, um ein verstärktes

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Ausgangssignal zu liefern, und daß eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Integrationseinrichtung und dem Eingang des zusätzlichen Verstärkers vorhanden ist.

22. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennz eichn e t, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrisehen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und der Differenz-Fühlereinrichtung eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten Signaleingang und mit der Impe- ·

CL-L θ

danzeinrichtung verbunden ist,/mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

23« Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei der von der Empfangseinrichtung empfangenen Frequenz wirksame Shunt-Einrichtung für den Ausgang der Differenz-Fühlereinr-ichtung vorgesehen ist.

24-, Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Empfangseinrichtung und der Differenz-Fühlereinrichtung eine Impedanzeinrichtung aufweist, die mit dem ersten Signaleingang und mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist, die mit dem zweiten Signaleingang verbunden ist.

25· Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei der von der Empfangseinrichtung empfangenen Frequenz wirksame Shunt-Einrichtung für den Ausgang der Differenz-Fühlereinrichtung vorgesehen ist.

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