DE2461169A1

DE2461169A1 - Proximity switch permitting hysteresis to be set - without altering working point of amplifier by changing oscillator coupling factor

Info

Publication number: DE2461169A1
Application number: DE19742461169
Authority: DE
Inventors: Dragutin Dipl Ing Milosevic
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2461169B2; DE2461169C3

Abstract

The proximity switch allows switching hysteresis to be set without altering the dc working point of the amplifier stage. A feedback signal controls not only the amplifier loop gain but also the coupling factor of the oscillator. The oscillator feeds a demodulator whose output is coupled to a trigger which drives an output stage. For a damped oscillator the coupling factor is reduced. For a Hartley type oscillator, the final stage output is fed back to the centre tapping of a transformer forming part of an RCL filter.

Description

Elektronischer Näherungsschalter Die Erfindung betrifft einen elektronischen Näherungsschalter mit einem Oszillator, dessen Kreisverstärkung einerseits von außen und andererseits zwecks Einstellung einer Schalthysterese durch ein von der Oszillatorspannung abgeleitetes Rückführsignal beeinflußbar ist. Electronic proximity switch The invention relates to an electronic one Proximity switch with an oscillator, whose loop gain on the one hand from the outside and on the other hand for the purpose of setting a switching hysteresis by one of the oscillator voltage derived feedback signal can be influenced.

Elektronische Näherungsschalter werden in zunehmenden Maße anstelle von mechanisch betätigten elektrischen Schaltern in elektrischen Meß-, Regel. und Steuerkreisen verwendet. Sie bestehen im allgemeinen aus einem durch ein angenähertes Metallteil bedämpfbaren Oszillator, dem ein Demodulator und ein Schwellwertschalter und/oder eine Ausgangsstufe nachgeschaltet ist. Solange ein an den Näherungsschalter angenähertes Metallteil einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, ist die Kreisverstärkung k x V des Oszillators größer als 1 und er schwingt. Erreicht das angenäherte Metallteil einen vorgegebenen Abstand, so führt die zunehmende Dämpfung des Oszillators zu einer Verringerung der reisverstärkung k x V, so daß diese schließlich einen Wert kleiner als 1 einnimmt und der Oszillator nicht mehr schwingt. Die Ausgangsstufe des Näherungsschalters nimmt hierbei, abhängig. von dem Schwingungszustand des Oszillators ,leiDen durch die konstruktive Auslegung bedingten Zustand (gesperrt oder leitend) an Zur Einstellung einer SchalthystereSe, d.h. der Differenz zwischen dem Schaltabstand bei Entfernung des Metallteils und dem Schaltabstand bei Annäherung des Metallteils, ist es aus der OS 1 966 178 bekannt, von der Ausgangsstufe her den Emitterwiderstand eines in Emitterschaltung betriebenen Transistors einer schwingenden Oszillatorstufe zu erniedrigen und damit die Verstärkung der Stufe zu erhöhenDurch diese Maßnahme wird in unerwünschter Weise der Gleichstromarbeitspunkt der Verstärkerstufe verändert.Electronic proximity switches are increasingly being used in place of mechanically operated electrical switches in electrical measuring, rule. and Control circuits used. They generally consist of one approximated by one Metal part dampable oscillator, which has a demodulator and a threshold switch and / or an output stage is connected downstream. As long as one to the proximity switch approximated metal part has not yet reached a specified distance the loop gain k x V of the oscillator is greater than 1 and it oscillates. Achieved the approximated metal part a predetermined distance, so leads to the increasing damping of the oscillator leads to a reduction in the rice gain k x V, so that this ultimately assumes a value less than 1 and the oscillator no longer oscillates. The output stage of the proximity switch increases depending on. on the oscillation state of the oscillator , suffer due to the structural design (blocked or conductive) at For setting a switching hysteresis, i.e. the difference between the switching distance when the metal part is removed and the switching distance when approaching of the metal part, it is known from OS 1 966 178, from the output stage the emitter resistance of a transistor operated in the emitter circuit of an oscillating To lower the oscillator stage and thus to increase the gain of the stage this measure undesirably becomes the DC operating point of the amplifier stage changes.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektronischen Näherungsschalter anzugeben, bei dem eine Einstellung der Schalthysterese phne eine Veränderung des Gleichstromarbeitspunktes der Verstärkerstufe ermöglicht wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.It is the object of the present invention to provide an electronic Specify proximity switch in which a setting of the switching hysteresis phne a Change of the DC operating point of the amplifier stage is made possible. the This object is achieved according to the invention characterized in claim 1. Further advantageous refinements of the invention can be found in the subclaims.

Anhand eines in der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im folgenden näher erläutert: Der Näherungsschalter besteht in bekannter Weise aus einem Oszillator 0, einem Demodulator D, einem Schwellwertschalter S, einer Ausgangsstufe A sowie einigen weiteren Schaltungskomponenten, deren Funktion noch näher zu erläutern sein wird.Based on one shown in the single figure of the accompanying drawing Exemplary embodiment, the invention is explained in more detail below: The proximity switch consists in a known manner of an oscillator 0, a demodulator D, a threshold switch S, an output stage A and some other circuit components, their function will have to be explained in more detail.

Der Oszillator ist als Hartley-Schaltung ausgeführt und weist eine Verstärkerstufe in Kollektorschaltung sowie einen Schwingkreis auf.The oscillator is designed as a Hartley circuit and has a Amplifier stage in a collector circuit and an oscillating circuit.

Der Schwingkreis besteht aus einem Ubertrager L1 und einem parallelgeschalteten Kondensator C1. Das Übertragungsverhältnis n des Ubertragers weist, um einen möglichst großen Wert des Emitterwiderstandes zu ermöglichen, den Faktor 2 auf, und es wird eine bifilare Wicklung verwendet! wodurch sich eine gute Kopplung und eine stabile Frequenz ergibt. Eine Mittelanzapfung ist leicht realisierbar und wird über einen Widerstand R3 an den Emitter des Transistors Q1 der Verstärkerstufe angeschlossen. Dem Widerstand R3 ist ein Abgleichwiderstand R3' parallelgeschaltet. Der Widerstand R3 ist mit Vorteil als Kohleschichtwiderstand ausgebildet, d.h.The resonant circuit consists of a transformer L1 and a parallel connected one Capacitor C1. The transmission ratio n of the transformer points to a possible large value of the emitter resistance to allow up a factor of 2 and it will a bifilar winding used! resulting in a good coupling and a stable Frequency results. A center tap is easy to implement and is via a Resistor R3 connected to the emitter of transistor Q1 of the amplifier stage. The resistor R3 a balancing resistor R3 'is connected in parallel. The resistor R3 is advantageously designed as a carbon film resistor, i. E.

als Widerstand mit genau definiertem Tempera.turkoeffizienten des Widerstandswertes. Die Basis des Transistors Q1 ist über einen Koppe 1 kondensator C2 an das eine Wicklungsende des Übertragers L1 angeschlossen. Das andere Wicklungsende des Ubertragers liegt an Masse. Der Schwingkreiskondensator C1 ist mit Vorteil als Keramikkondensator mit temperaturunablzängiger Kapazität ausgebildet. Über:.as a resistance with a precisely defined temperature coefficient of the Resistance value. The base of the transistor Q1 is through a Koppe 1 capacitor C2 is connected to one end of the winding of the transformer L1. The other end of the winding the transformer is grounded. The resonant circuit capacitor C1 is advantageous as Ceramic capacitor designed with a temperature-independent capacitance. Above:.

einen zwischen die Betriebsspannung geschalteten Basisspannungsteiler R1, R2 wird der Arbeitspunkt des Transistors Q1 eingestellt Der Demodulator D weist einen im C-Betrieb arbeitenden Transistor Q2 auf, dessen Basis über einen Widerstand R4 an den Emitter des Transistors Q1 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors Q2 liegt über einen Widerstand R8 an Masse und über einen Widerstand R9 an der positiven Betriebsspannung. Der Kollektor des Transistors 92 ist über einen Spannungsteiler R6, R7 und einen hierzu parallelgeschalteten Kondensator C3 an die positive Betriebsspannung angeschlossen. Wird der Näherungsschalter als Öffner betrieben, so ist ein Kondensator C3' zwischen Kollektor und Masse anzuordnen.a base voltage divider connected between the operating voltage R1, R2, the operating point of the transistor Q1 is set. The demodulator D points a transistor Q2 operating in C mode, the base of which is via a resistor R4 is connected to the emitter of transistor Q1. The emitter of the transistor Q2 is connected to ground via a resistor R8 and to the positive via a resistor R9 Operating voltage. The collector of transistor 92 is through a voltage divider R6, R7 and a capacitor C3 connected in parallel to the positive operating voltage connected. If the proximity switch is operated as a break contact, it is a capacitor C3 'to be arranged between collector and ground.

Der Schwellwertschalter S weist einen ersten Transistor Q3 auf, dessen Basis an den Spannungsteiler R6, R7 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors Q3 liegt über einen Widerstand R10 an der positiven Betriebsspannung und der Kollektor ist einerseits über einen Widerstand R11 mit der Masse verbunden und andererseits über einen Widerstand R12 an die positive Betriebsspannung gelegt. Ein weiterer Transistor Q4 des Schwellwertschalters ist mit seiner Basis an den Kollektor des'Transistors Q3, mit seinem Emitter an den Emitter des Transistors Q3 und mit seinem Kollektor über einen Spannungsteiler R13, R14 an Masse gelegt.The threshold switch S has a first transistor Q3, whose Base is connected to the voltage divider R6, R7. The emitter of the transistor Q3 is connected to the positive operating voltage and the collector via a resistor R10 is connected to ground on the one hand via a resistor R11 and on the other hand Connected to the positive operating voltage via a resistor R12. Another The base of the transistor Q4 of the threshold switch is connected to the collector of the transistor Q3, with its emitter connected to the emitter of transistor Q3 and with its collector Grounded via a voltage divider R13, R14.

Ein Transistor Q5 der Ausgangsstufe ist mit seiner Basis an den Spannungsteiler R131 R14 und mit seinem Emitter an Masse angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Q5 ist über eine Anschlußklemme 5a unmittelbar und über einen internen Lastwiderstand R17 und eine Anschlußklemme 4a mittelbar zugängig. über die Reihenschaltung von einem Widerstand R5 und einer Diode CR1 ist der Kollektor des Transistors Q5 zudem an die Mittelanzapfung des Ubertragers L1 angeschlossen. Schließlich wird im bffnerbetrieb eine zusätzliche gestrichelt eingezeichnete Transistorstufe Q6 dem Transistor Q5 nachgeschaltet, wobei dessen Kollektor über einen Widerstand R18 an die Basis des Transistors Q6 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Q6 ist an der Anschlußklemme 5b zugänglich.A transistor Q5 of the output stage has its base connected to the voltage divider R131 R14 and connected to ground with its emitter. The collector of the transistor Q5 is via a connector 5a directly and via an internal Load resistor R17 and a connection terminal 4a indirectly accessible. via the series connection of a resistor R5 and a diode CR1 is the collector of the transistor Q5 also connected to the center tap of the transformer L1. Finally will in open-circuit operation an additional transistor stage Q6, shown in dashed lines connected downstream of the transistor Q5, the collector of which via a resistor R18 is connected to the base of transistor Q6. The collector of the transistor Q6 is accessible at terminal 5b.

Zwischen den Anschlußklemmen 4b und 6 wird die Betriebs spannung angelegt, die über die Reihenschaltung zweier Widerstände R15 und R16 die vorstehend beschriebene Schaltung speist. Bei Verwendung einer niedrigeren Betriebsspannung wird der Widerstand R16 durch eine Diode CR2 überbrückt.The operating voltage is applied between the terminals 4b and 6, the one described above via the series connection of two resistors R15 and R16 Circuit feeds. When using a lower operating voltage, the resistor will R16 bridged by a diode CR2.

Zwischen die Betriebs spannung ist eine Zenerdiode VR2 geschaltet und den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q5 und Q6 sind jeweils Zenerdioden VR1 und VR2 parallelgeschaltet. Durch die Zenerdiode VR2 erzielt man einen Umpolungsschutz sowie einen Schutz gegen Fremdspannungen. Die Widerstände R15, R16 sowie der Lastwiderstand begrenzen den Strom durch die Zenerdiode. Andererseits werden durch die Zenerdioden VR1 und VR3 die Ausgangstransistoren Q5 und Q6 gegen induktive Abschaltspitzen beim Schalten induktiver Lasten geschützt.A Zener diode VR2 is connected between the operating voltage and the collector-emitter paths of transistors Q5 and Q6 are each Zener diodes VR1 and VR2 connected in parallel. The Zener diode VR2 provides protection against polarity reversal as well as protection against external voltages. The resistors R15, R16 and the load resistance limit the current through the zener diode. On the other hand, through the Zener diodes VR1 and VR3 protect the output transistors Q5 and Q6 against inductive switch-off peaks Switching of inductive loads protected.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise des Näherungsschalters: Solange in das magnetische Feld des Ubertragers L1 kein metallisches Teil eingebracht wird, schwingt der Oszillator 0, und der Transistor Q2 des Demodulators D wird im Takt der Oszillator-Schwingungsfrequenz durchgeschaltet. Hierdurch wird der Kondensator C3 aufgeladen und der Transistor Q3 des nachgeschalteten Schwellwertschalters zieht permanent Strom.Hierdurch wird die Basis-Emitter-Strecke des nachgeschalteten Transistors 04 kurzgeschlossen, so daß dieser Transistor sperrt. Solange der Transistor Q4 des Schwellwertschalters S keinen Strom zieht, ist auch der Ausgangstransistor Q5 gesperrt. Der im Öffnerbetrieb nacngeschaltete Transistor Q6 zieht in diesem Fall Strom und speist dementsprechend eine nachgeschaltete Last.The structure described above results in the following mode of operation of the proximity switch: As long as no If a metallic part is introduced, the oscillator 0 oscillates and the transistor Q2 of the demodulator D is switched through in time with the oscillator oscillation frequency. This charges the capacitor C3 and the transistor Q3 of the downstream The threshold switch draws current permanently Base-emitter path of the downstream transistor 04 short-circuited, so that this transistor blocks. As long as the transistor Q4 of the threshold switch S does not draw any current, it is also the output transistor Q5 blocked. The transistor connected in NC operation In this case, Q6 draws current and accordingly feeds a downstream load.

Wird in das magnetische Feld des übertragers L1 ein metallisches Teil eingebracht, so wird mit zunehmender Annäherung die Schwingung wird des Oszillators Õ zunehmend gedämpt.Demzufolgebei einem entsprechenden Abstand des metallischen Teils auf dem Glättungskondensator-C3 der Einschaltschwellwert für den nachgeschalteten Schwellwertschalter erreicht. , Somit wird auch der Transistor Q3 des Schwellwertschalters 5 gesperrt und der diesem nachgeschaltete Transistor Q4 kommt in den leitenden Zustand. Hierdurch stellt sich an der Basis des Transistors Q5 der Ausgangsstufe A ein Potential ein, welches diesen Transistor aufsteuert.If a metallic part is in the magnetic field of the transmitter L1 introduced, the oscillation becomes of the oscillator with increasing approach Õ increasingly damped, as a result of which the metallic Partly on the smoothing capacitor-C3 the switch-on threshold for the downstream Threshold switch reached. Thus, transistor Q3 also becomes the threshold switch 5 blocked and the transistor Q4 connected downstream of this comes into the conductive state. This creates a potential at the base of transistor Q5 of output stage A. one that turns on this transistor.

Die Reihenschaltung aus dem Widerstand R5 und der Diode CR1 erlaubt nunmehr einen Stromfluß über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q5, wodurch sich bei bedämpften Oszillator 0 eine Verringerung der Kreisverstärkung infolge einer Verringerung des Rückkopplungsfaktors k ergibt. Bei einer Entfernung des metallischen Teils im Feld des Ubertragers L1 ist somit ein größerer Abstand erforderlich, um den Oszillator 0 wieder in den schwingenden Zustand zu versetzen. Beim Anschwingen des Oszillators wird der Stromfluß in der Ausgangsstufe Q5 gesperrt, wodurch eine sprunghafte Erhöhung des Rückkopplungsfaktors und damit der Kreisverstärkung stattfindet. Der Einfluß des Rückführsignalee und damit.The series connection of the resistor R5 and the diode CR1 allows now a current flow through the collector-emitter path of the transistor Q5, whereby If oscillator 0 is damped, the loop gain is reduced as a result a reduction in the feedback factor k results. When removing the metallic Partly in the field of the transformer L1, a greater distance is therefore required in order to to put the oscillator 0 back into the oscillating state. When starting to swing of the oscillator, the flow of current in the output stage Q5 is blocked, whereby a sudden increase in the feedback factor and thus the loop gain takes place. The influence of the feedback signals and thus.

die Hysterese des Näherungsschalters kann durch einen einstellbaren Widerstand R5 in gewissen Grenzen vorgegeben werden.the hysteresis of the proximity switch can be set using an adjustable Resistance R5 can be specified within certain limits.

Zwischen die.Schaltungspunkte a, b kann beispielsweise eine Lumineszenzdiode eingesetzt werden, um den Schaltzustand des Näherungsschalters zu signalisieren. Weiterhin kann zwischen die Schaltpunkte c, d, e eine geschützte Endstufe eingesetzt werden, wie sie in der älteren Anmeldung P 23 54 054 näher beschrieben ist.A luminescent diode, for example, can be used between the circuit points a, b can be used to signal the switching status of the proximity switch. Furthermore, a protected output stage can be used between the switching points c, d, e as described in more detail in the earlier application P 23 54 054.

Claims

9 Electronic proximity switch with an oscillator, its loop gain on the one hand from the outside and on the other hand for the purpose of setting a switching hysteresis a feedback signal derived from the oscillator voltage can be influenced, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that through the feedback signal the coupling factor k of the oscillator (0) can be influenced.

2. Proximity switch according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n n -z e i c h n e t that the feedback factor k is reduced when the oscillator (0) is damped will.

3. Proximity switch according to claims 1 and 2, .with an oscillator in the manner of a Hartley circuit, consisting of one formed from emitter followers Amplifier stage and a selective quadrupole, the oscillator being a demodulator, a threshold switch and / or an output stage is connected downstream, d a d u r e k e k e n n n n e i c h n e t that the output signal of the output stage (A) to the center tap (2) of a transformer (L1) of the selective four-pole (L1, C1, R3) is fed back.

4. Proximity switch according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the center tap (2) of the transformer (L) via the series connection an adjustable resistor (R5) and a diode (CR1) to the output (5a) the output stage (A) is connected.

5 * proximity switch according to claim 3, d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the transmission ratio n of the transformer (L1) is selected with n = 2 is.

6. Proximity switch according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the turns of the transformer (L1) are made of bifilar-wound wires exist.

7. Proximity switch according to claim 3 with one to the center tap the emitter resistor connected to the transformer, i c h e t that the emitter resistor (R3) is a carbon film resistor.

8. Proximity switch according to claim 3, wherein the selective four-pole consists of the parallel connection of the transformer with a capacitor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t that the capacitor (C1) is a ceramic capacitor with temperature independent capacity is used.

L e r s e i t e