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Schaltungsanordnung zum zeitverzögerten Durchschalten einer Gleichspannung.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum zeitverzögerten
Durchschalten einer Gleichspannung. Solche Schaltungsanordnungen, die man auch als
elektronische Zeitrelais bezeichnen kann, sind vielfach bekannt. Wesentlich ist,
im Cegensatz zu mechanischen oder elektromechanischen Zeitrelais, daß die Zeitverzögerung
verursachende und/oder beeinflussende mechanische Bauelemente nicht vorhanden sind.
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Allen bekannten Schaltungsanordnungen der zuvor angesprochenen Art
ist gemeinsam, daß die wirksame Zeitverzögerung von der Höhe der angelegten Gleichspannung
abhängig ist, so daß der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, eine Schaltungsanordnung
der eingangs angesprochenen Art anzugeben, bei der die wirksame Zeitverzögerung
von der Höhe der durchzuschaltenden Gleichspannung (in weiten Grenzen) unabhängig
ist und die einfach und funktionssicher aufgebaut ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die zuvor aufgezeigte
Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und it wesentlichen gekennzeichnet durch einen
elektronischen Schalter, z. B. einen Thyristor, durch eine Kippschaltung o. dgl.
mit zwei Differenzeingängen und durch zwei C-Glieder, wobei der elektronische Schalter
durch die Kippschaltung steuerbar ist, die R-C-Verbindungspunkte der RC-Glieder
an die Differenzeingänge der Kippschaltung angeschlossen sind und die stationäre
Kondensatorspannung und die Ladezeitkonstante des ersten RC-Gliedes kleiner sind
als die stationäre Kondensatorspannung und die Ladezeitkonstante des zweiten RC-Gliedes.
Im einzelnen ist die Schaltungsanordnung so realisiert, daß über die Kippschaltung
der elektronische Schalter dann und nur dann durchschaltet, wenn die Kondensatorspannung
des zweiten RC-Gliedes die Kondensatorspannung des ersten RC-Gliedes um einen vorgegebenen
Schwellwert übersteigt. Durch eine entsprechende Dimensionierung aller Bauelemente
wird erreicht, daß dann, wenn die Kondensatorspannung des zweiten RC-Gliedes größer
wird als die Kondensatorspannung des ersten RC-Gliedes die Kondensatorspannung des
ersten RC-Gliedes praktisch bereits ihren stationären Wert erreicht hat und sich
der Anstieg der Kondensatorspannung des zweiten RC-Gliedes
im praktisch
noch linearen Bereich der Ladekennlinie abspielt.
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Dadurch ist praktisch jeder Einfluß der Höhe der durchzuschaltenden
Gleichspannung auf die wirksame Zeitverzögerung eliminiert.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft
erläutert werden soll.
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Die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehene, den
elektronischen Schalter ansteuernde Kippschaltung weist zweckmäßigerweise zumindest
einen Transistor auf. Dabei können dann die Differenz eingänge der Kippschaltung
mit der Basis bzw.
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mit dem Emitter des Transistors verbunden werden; mit anderen Worten
stellen die Basis und der Emitter.des Transistors die Differenzeingänge der Kippschaltung
dar. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung weist die Kippschaltung zwei Transistoren
auf, ist also dem zuvor bereits angesprochenen Transistor ein weiterer Transistor
nachgeschaltet. Dabei sind die Basis des zweiten Transistors mit dem Kollektor des
ersten Transistors sowie der Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des
ersten Transistors verbunden.
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Das Ansteuern des elektronischen Schalters durch die Kippschaltung
kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung praktisch beliebig erfolgen.
Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
empfiehlt es sich, die Steuerelektrode des elektronischen Schalters, mittelbar oder
unmittelbar, an den Emitter des zweiten Transistors anzuschließen.
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Z. B. kann im Emitterkreis des zweiten Transistors ein Spannungsteiler
liegen und kann die Steuerelektrode des elektronischen
Schalters
an den Abgriff des Spannungsteilers angeschlossen werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Realisierung
der beiden RC-Glieder, unter Beachtung der eingangs erläuterten Lehre der Erfindung,
weitestgehend unproblematisch. Schaltungstechnisch und in bezug auf den Aufwand
günstig ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die RC-Glieder aus einem Widerstandsnetzwerk
und zwei Kondensatoren bestehen und daß zumindest einzelne Widerstände des Widerstandsnetzwerkes
den beiden RC-Gliedern gemeinsam sind. Z. B. kann das Widerstandsnetzwerk als Spannungsteiler
ausgeführt sein und können die beiden Kondensatoren der beiden RC-Glieder an unterschiedliche
Abgriffe dieses Spannungsteilers angeschlossen werden.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung wird dem Kondensator des ersten
RC-Gliedes eine Diode vorgeschaltet, wobei zweckmäßigerweise darauf geachtet wird,
daß der Transistor der Kippschaltung bzw. der erste Transistor der Kippschaltung
und die dem Kondensator des ersten RC-Gliedes vorgeschaltete Diode aus dem gleichen
Basismaterial, z. B. aus Silizium, bestehen. Wird von dieser Lehre Gebrauch gemacht,
so kompensieren sich der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors
der Kippschaltung bzw. des ersten Transistors der Kippschaltung und der Spannungsabfall
an der in Rede stehenden Diode, und zwar auch in bezug auf den Temperaturverlauf
dieser Spannungsabfälle.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung wird die Entladezeitkonstante
des ersten RC-Gliedes größer gewählt als die Entladezeitkonstante
des
zweiten RC-Gliedes. Dadurch wird erreicht, daß dann, wenn am Eingang der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung die zu schaltende Gleichspannung verschwindet bevor der elektronische
Schalter durchgeschaltet hat, dieser elektronische Schalter auch nicht mehr durchschalten
kann. Tatsächlich ist nämlich durch die zuletzt erwähnte Maßnahme sichergestellt,
daß die Kondensatorspannung des ersten RC-Gliedes stets größer ist als die Kondensatorspannung
des zweiten RC-Gliedes. Im einzelnen kann dem Kondensator des ersten RC-Gliedes
ein relativ hochohmiger Entladewiderstand und dem Kondensator des zweiten RC-Gliedes
über eine Diode ein relativ niederohmiger Entladewiderstand parallel geschaltet
werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigen Fig. 1 das Schaltbild
einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum
zeitverzögerten Durchschalten einer Gleichspannung und Fig. 2 eine graphische Darstellung
zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
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Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum zeitverzögerten Durchschalten
einer Gleichspannung U, die
aus einem elektronischen Schalter 1, nämlich aus einem Thyristor, aus einer Kippschaltung
2 mit zwei Differenzeingängen 3, 4 und aus zwei RC-Gliedern 5, 6 besteht. Der elektronische
Schalter
1 ist durch die Kippschaltung 2 ansteuerbar. Die R-C-Verbindungspunkte 7, 8 der
RC-Glieder 5, 6 sind an die Differenzeingänge 3, 4 der Kippschaltung 2 angeschlossen.
Die stationäre Kondensatorspannung U1, staut und die Ladezeitkonstante des ersten
RC-Gliedes 5 sind kleiner als die stationäre Kondensatorspannung U2, staut und die
Ladezeitkonstante des zweiten RC-Gliedes 6.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kippschaltung 2 einen
ersten Transistor 9 (PNP-Transistor) auf und sind die Differenzeingänge 3, 4 der
Kippschaltung 2 mit der Basis 10 bzw.
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mit dem Emitter 11 des Transistors 9 verbunden. Die Kippschaltung
2 weist noch einen zweiten Transistor 12 (NPN-Transistor) auf.
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Die Basis 13 des zweiten Transistors 12 ist mit dem Kollektor 14 des
ersten Transistors 9 verbunden, während der Kollektor 15 des zweiten Transistors
12 mit der Basis 10 des ersten Transistors 9 verbunden ist. Im übrigen ist die Steuerelektrode
16 des elektronischen Schalters 1 mittelbar an den Emitter 17 des zweiten Transistors
12 angeschlossen. Im einzelnen liegt nämlich im Emitterkreis des zweiten Transistors
ein Spannungsteiler 18 und ist die Steuerelektrode 16 des elektronischen Schalters
1 an den Abgriff 19 des Spannungsteilers 18 angeschlossen.
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Die Fig. 1 zeigt weiter insoweit eine bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, als die RC-Glieder 5, 6 aus einem Widerstandsnetzwerk
20 und zwei Kondensatoren 21, 22 bestehen und als einzelne Widerstände 23, 24, 25
des Widerstandsnetzwerkes 20 den beiden RC-Gliedern 5, 6 gemeinsam sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Widerstandsnetzwerk 20 mit den
Widerständen
23, 24, 25 als Spannungsteiler ausgeführt und sind die beiden Kondensatoren 21 bzw.
22 der beiden RC-Glieder 5, bzw.
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6 an unterschiedliche Abgriffe dieses Spannungsteilers angeschlossen.
Der Kondensator 21 des ersten RC-Gliedes 5 ist über eine Diode 26, der Kondensator
22 des zweiten RC-Gliedes 6 ist über einen Widerstand 27 an das Widerstandsnetzwerk
20 angeschlossen.
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Der erste Transistor 9 der Kippschaltung 2 und die Diode 26 bestehen
aus dem gleichen Basismaterial, z. B. aus Silizium.
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Schließlich zeigt die Fig. 1 insoweit eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, als bei dieser Ausführungsform realisiert
ist, daß die Entladezeitkonstante des ersten RC-Gliedes 5 größer ist als die Entladezeitkonstante
des zweiten RC-Gliedes 6. Im einzelnen ist dazu dem Kondensator 21 des ersten RC-Gliedes
5 ein relativ hochohmiger Entladewiderstand 28 und dem Kondensator 22 des zweiten
RC-Gliedes 6 über eine Diode 29 ein relativ niederohmiger Entladewiderstand 30 parallelgeschaltet,
wobei als Entladewiderstand 30 der Widerstand 25 des Widerstandsnetzwerkes 20 mit
verwendet worden ist.
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Wie die Fig. 2 zeigt, ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung
im einzelnen so realisiert, daß über die Kippschaltung 2 der elektronische Schalter
1 dann und nur dann durchschaltet, wenn die Kondensatorspannung U2 des zweiten RC-Gliedes
6 die Kondensatorspannung U1 des ersten RC-Gliedes 5 um einen vorgegebenen Schwellwert
USchw. übersteigt. Durch eine entsprechende Dimensionierung aller Bauelemente ist
erreicht, daß dann, wenn die Kondensatorspannung U2 des zweiten RC-Gliedes größer
wird als die Kondensatorspannung U1 des ersten RC-Gliedes, die Kondensatorspannung
U1
des ersten RC-Gliedes praktisch bereits ihren stationären Wert U1 stat. erreicht
hat und sich der Anstieg der Kondensatorspannung U2 des zweiten RC-Gliedes 6 im
praktisch noch linearen Bereich der Ladekennlinie abspielt. Dadurch ist praktisch
jeder Einfluß der Höhe der durchzuschaltenden Gleichspannung U auf die wirksame
Zeitverzögerung tv eliminiert.
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Einzelne Bauelemente der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung
können etwa wie folgt ausgelegt sein: Kondensator 21 = 0,22 /CCF Kondensator 22
= 1 » F Widerstand 23 = 1 Widerstand 24 = 27 Widerstand 25 = 47 Widerstand 27 =
3,6 M Entladewiderstand 28 = 5,1 M