DE2516624B2 - Elektrische Schaltungsanordnung - Google Patents
Elektrische SchaltungsanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmessung,
mit zwei oder mehreren verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von einer Eingangssignalfrequenz,
bei der wenigstens eine Zeitmeßstufe mit einem zwei Entladungswege aufweisenden und einen Teil einer
Zeitkonstanten-Schaltung bildenden Kondensator vorgesehen ist, dessen einer Entladungsweg durch das
Eingangssignal gesteuert und dessen anderer Entladungsweg nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne
selbsttätig leitend wird, wobei der durch die Eingangsfrequenz gesteuerte Entladungsweg einen eine unbeeinflußt
ablaufende Entladung des Kondensators auslösenden Thyristor mit großem Haltestrom enthält.
Bei einer aus der US-PS 37 80 297 bekannten elektrischen Schaltungsanordnung dieser Art zur
Geschwindigkeitsmessung bei Förderbändern liegt in dem nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne
selbsttätig leitend werdenden Entladungsweg des Kondensators eine Neonröhre, die nach Erreichen einer
vorbestimmten Zündspannung leitend wird. Bei einer solchen Neonröhre schwankt der Zündspannungswert
in verhältnismäßig großen Grenzen, so daß sich auch nur eine verhältnismäßig beschränkte Genauigkeit der
Geschwindigkeitsmessung ergibt.
Bei einer anderen aus der FR-PS 14 57 550 bekannten Schaltungsanordnung liegt in dem von dem Eingangssignal
gesteuerten Entladungsweg des Kondensators ein NPN-Transistor, während der andere Entladungsweg
einen Unijunction-Transistor enthält. Der NPN-Transistor ist lediglich während der Dauer des
jeweiligen Steuerimpulses des Eingangssignal leitend, womit die Schaltungsanordnung von der Impulsbreite
abhängig wird. Die Schaltungsanordnung kann im übrigen auch mit mehreren parallel liegenden Schaltungszweigen
ausgebildet sein, die unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen, um damit eine Unterscheidung
zwischen mehr als zwei Ausgangszuständen vornehmen zu können. Wenn aber zwei unterscheidbare
so Wirkungen bei wenig unterschiedlichen Eingangssignalfrequenzen
auftreten sollen, ist es notv/endig, passive Bauelemente hoher Stabilität für die Zeitkonstanten-Schaltungen
zu benutzen, weil sonst nach einer bestimmten Betriebszeit die Unterscheidung zwischen
den beiden Wirkungen nicht mehr getroffen werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art in
dem Sinne zu verbessern, daß sie sich durch eine hohe Genauigkeit auszeichnet und damit einen industriellen
Einsatz über weite Drehzahl- oder Geschwindigkeitsbereiche gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß der andere Entladungsweg einen Unijunction-Transistor mit relativ zum Haltestrom des
Thyristors kleinem Haltestrom enthält und in Reihe mit der Kathode des Unijunction-Transistors eine Diode im
Durchlaßsinn geschaltet ist
Durch die Kombination des Unijunction-Transistors und des Thyristors wird erreicht, daß die Entladung des
Kondensators unabhängig von der Dauer des Steuerimpulses des Eingangssignales ist, während andererseits
die in Reihe zu dem Unijunction-Transistor liegende Diode bei den unterschiedlichen Halteströmen des
Unijunction-Transistors und des Thyristors einwandfreie Lösch- und Zündverhältnisse für den Unijunction-Transistor
bzw. den Thyristor ergibt
Bei einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung mit mehreren verschiedenen Ausgangszuständen kann
die Anordnung derart getroffen sein, daß sie eine erste Zeitmeßstufe mit zwei Entladungswegen und eine eine
zweite Zeitmeßstufe mit zwei Entladungswegen speisende Schaltung aufweist, die durch das Eingangssignal
umschaltbar und durch Zündung des Unijunction-Transistors der ersten Zeitmeßstufe rückstellbar ist und daß
der Kondensator der zweiten Zeitmeßstufe während der Wartezeit der ersten Zeitmeßstufe voiaufladbar ist
und an den Ausgängen der Zeitmeßstufen weitere bistabile Kippschaltungen angeordnet sind, die die
Ausgangssteuerbefehle speichern und denen Schaltungseinrichtungen zur Kombination der Ausgangssteuerbefehle
im Sinne der Herstellung wenigstens dreier unterschiedlicher Ausgangszustände in Abhängigkeit
der Eingangssignalfrequenz zugeordnet sind. Dadurch, daß dabei die eine der Zeitkonstanten erst nach dem
Ende des Ablaufs der vorhergehenden einsetzt, hängt die Genauigkeit der Unterscheidung zwischen den
Wirkungen nunmehr lediglich von der Genauigkeit der jeweiligen Zeitkonstanten selbst ab und nicht von dem
Unterschied zwischen den Zeitkonstanten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 ein Grundschaltbild einer Schaltungsanordnung,
bei der abhängig davon, ob die Periode des Eingangssignals länger oder kurzer als die Bezugs-Zeitkonstanten
ist, Impulse auf einen oder einen anderen Steuerweg abgegeben werden,
F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der an einzelne Meßstellen der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 auftretenden Spannungen in Abhängigkeit der Zeit, wobei im linken Teil des Diagramms der
Spannungsverlauf für ein Eingangssignal mit einer längeren Periode und im rechten Teil des Diagramms
der Spannungsverlauf für ein Eingangssignal mit kurzer Periode veranschaulicht sind,
F i g. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmessung mit drei
verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von der Schließfrequenz eines Kontaktes,
F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitabhängigen Spannungsverlaufes an unterschiedlichen
Meßpunkten der Schaltungsanordnung nach F i g. 3, auf der linken Seite des Diagramms für eine
lange Periode des ankommenden Signals, in der Mitte des Diagramms eine mittlere Periodendauer und rechts
des Diagramms für eine kurze Periodendauer des ankommenden Signals,
F i g. 5 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit unterschiedlichen Ausgangszuständen, insbesondere zur
Erzielung einer schrittweise fortschreitenden Steuerung und mit einer den jeweils gültigen Steuerbefehl
umgebenden Totzeit,
Fig.6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Spannungsverlaufes an verschiedenen Meßstellen sowie
der Zustände der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 in Abhängigkeit von der Zeit und
F i g. 7 ein Diagramm zur Veranschauiichung des zeitabhängigen Verlaufs der Steuerzustände am Ausgang
der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 in Abhängigkeit von der Periode des Eingangssignal entsprechend
dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 5 und 6.
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung weist eine Speisespannungsleitung 1 positiver Polarität und eine
Speisespannungsleitung 2 negativer Polarität auf. An die Leitung t ist ein Widerstand 3 angeschlossen, der in
Reihe mit einem Kondensator 4 liegt, welcher mit seiner anderen Klemme an die Leitung 2 angeschlossen ist
Der Widerstand 3 und der Kondensator 4 bilden eine Zeitkonstanten-Schaltung. Parallel zu dem Kondensator
4 liegen zwei verschiedene Schaltungen. Die erste Schaltung enthält einen Thyristor 5, dessen Steuerelektrode
mit 6 bezeichnet ist und der in Reihe mit einem Widerstand 7 liegt, welcher seinerseits an die negative
Speisespannungsleitung 2 angeschlossen ist Die Steuer-
2u elektrode 6 des Thyristors ist mit dem Eingangs-Signal
beaufschlagt, dessen Abweichungen festgestellt werden muß und das in Gestalt kurzer aufeinanderfolgender
Impulse auftritt.
Die zweite parallel zu dem Kondensator 4 liegende
:>/} Schaltung enthält einen Unijunction-Transistor 9,
dessen Anode 8 an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4 angeschlossen
ist und dessen Kathode mit der Anode einer Diode 10 verbunden ist, deren Kathode ihrerseits über einen
Hj Widerstand 11 an der negativen Speisespannungsleitung
2 liegt. Die Steuerelektrode oder zweite Basis 12 des Unijunction-Transistors 9 ist an einen zwischen den
Leitungen 1, 2 liegenden Spannungsteiler angeschlossen, der aus drei Widerständen 13, 14, 15 besteht. Sein
mittlerer Widersland 14 ist als Potentiometer ausgebildet, dessen Schleifer an die zweite Basis 12 angeschlossen
ist und es so gestattet, die an dieser Elektrode 12 liegende Spannung einzustellen.
Der Unijunction-Transistor 9 ist ein Bauelement, dessen Eigenschaften ähnlich jenen des Transistors sind,
mit dem Unterschied jedoch, daß die Leitfähigkeit nur bei einer bestimmten Größe des zwischen den
Elektroden 8 und 12 vorhandenen relativen Potentials vorhanden ist.
Im folgenden soll die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 beschrieben werden, wobei auf
das Diagramm nach Fi g. 2 Bezug genommen wird, das den Verlauf der Spannungen an verschiedenen Punkten
der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 in Abhängigkeit der Zeit zeigt, wobei diese Punkte jeweils mit a, b, c, d
bezeichnet sind.
Bei a ist das die Steuerelektrode 6 beaufschlagende Eingangs-Signal veranschaulicht, dessen Änderungen
die von der Schaltung abzugebenden Befehle auslösen.
Bei jedem positiven Impuls entlädt der Thyristor 5 den Kondensator 4, wodurch der Unijunction-Transistor 9
gesperrt wird, wenn er vorher durchlässig war. Durch die Diode 10 wird der Spannungsabfall in der den
Unijunction-Transistor 9 enthaltenden, an die Klemmen des Kondensators 4 angeschlossenen Reihenschaltung
erhöht, wodurch der Entladungsstrom des Kondensators 4 zu dem Thyristor 5 geleitet wird. Nach der
Entladung des Kondensators 4 hört der Thyristor 5 auf, leitend zu sein, weil der Widerstand 3 nicht genug Strom
bi liefert, um ihn in leitendem Zustand zu halten. Als
Beispiel kann angegeben werden, daß der Haltestrom des Thyristors etwa zwischen 1 und 100 mA liegen kann,
während der Haltestrom des Up'junction-Trarisistors 9
im allgemeinen 100 χ kleiner ist. Es ist demnach leicht, für den Widerstand 3 einen Wert zu wählen, der den
Unijunction-Transistor 9 im leitenden Zustand hält, während der Thyristor S gesperrt wird. Diese
Funktionsweise wird im einzelnen noch erläutert werden.
Nach Ablauf einer sehr kurzen Zeitspanne, die bei 11
beginnt, sind der Thyristor 5 und der Unijunction-Transistor 9 nicht mehr leitend. Die Ladung des Kondensators
4 (Kurve b) wächst unter der Wirkung des Widerstandes 3 mit der Zeit an. Wenn die zwischen 11
und i3 liegende Zeitspanne groß genug ist, wird der Unijunction-Transistor 9 bei f 2 leitend, womit an dem
Punkt c, d. h. der Verbindungsstelle zwischen der Diode 10 und dem Widerstand 11, ein Impuls großer
Amplitude an den Klemmen des Widerstandes 11 auftritt, während andererseits nach der Entladung des
Kondensators 4 der Unijunction-Transistor 9 leitend bleibt, weil der Widerstand 3 entsprechend gewählt
worden war. Der Kondensator 4 bleibt deshalb praktisch entladen, womit zum Zeitpunkt f3 die
Zündung des Thyristors 5 bei d, an den Klemmen des Widerstandes 7, lediglich einen sehr kleinen Impuls
auftreten läßt, der im wesentlichen dem Schwellenwert der Gleichspannung an der Diode 10 entspricht.
Der Zyklus beginnt sodann von neuem, wobei jedoch, wenn das zwischen f4 und <3 liegende Zeitintervall
kleiner als das für die Zündung des Unijunction-Transistors 9 nötige Zeitintervall 12— 11 ist, der Thyristor 5 im
Zeitpunkt r4 einen hochgeladenen Kondensator 4 entlädt, womit an dem Punkt d ein starker Impuls
erscheint.
Es ergibt sich somit, daß abhängig davon, ob die Periode der ankommenden Impulse langer oder kürzer
als die Zündzeitspanne ist, starke Signale bei c oder d
erscheinen. Diese Signale werden dazu benutzt, Steuerbefehle für Steuermechanismen zu erzeugen.
In Fig.3 ist eine drei verschieden Zustände aufweisende Drehzahlmeßschaltung veranschaulicht,
die auf die Frequenz des Schließens eines Kontaktes anspricht. Das Signal kann auch von jedem anderen
Signalgeber abgegeben werden, vorausgesetzt, daß dieser eine Signalwiederholung festzustellen gestattet.
Eine solche Schaltung kann beispielsweise dazu dienen, einen Elektromotor oder ein entsprechendes Gerät im
rechtsläufigen oder linksläufigen Drehsinn in Gang zu setzen, insbesondere für die Geschwindigkeitssteuerung
eines Kraftfahrzeuges durch Betätigung des Gashebels.
In Fig.3 ist zur Erleichterung des Verständnisses
schematisch die Steuerung der Haltevorrichtung eines Gaspedales eines Kraftfahrzeuges mittels eines umsteuerbaren
Elektromotors veranschaulicht, doch ist die Steuerung nicht auf solche Anwendungsfälle beschränkt;
sie umfaßt vielmehr auch die Steuerung von Arbeitszylindern, Geschwindigkeitswechselgetrieben,
Einrichtungen zur Veränderung der Stellung der Scheinwerfer etc.
Bei der Schaltung nach F i g. 3 ist das Bordnetz aus
einer Batterie 16 gespeist, deren positive Klemme an eine Leitung 17 angeschlossen ist und deren negative
Klemme über eine Leitung 18 an Masse liegt Die Leitung 17 ist mit einer auf einem verlustbehafteten
Ferritkern angeordneten Induktivität 19 verbunden, welche zusammen mit einem ihre Ausgangsklemme 21
mit Masse verbindenden Kondensator 20 parasitäre Spannungen des Bordnetzes ausfiltert Die Ausgangsklemme
21 speist zwei Meßzweige, von denen der in der Figur oben dargestellte Hauptmeßzweig die erste
Meßperiode ausgehend von dem ankommenden Signal besorgt, während der Sekundärmeßzweig, der im
Unterteil der Figur veranschaulicht ist, eine zweite Meßperiode bewirkt, die am Ende der ersten beginnt.
Die spannungsempfindlichen Teile der beiden Meßzweige sind über Leitungen 22,23 und Widerstände 24,
25, ausgehend von der Ausgangsklemme 21. mit geregelter Spannung versorgt, wobei beide Leitungen
22,23 jeweils über eine Zenerdiode 26 bzw. 27 an Masse angeschlossen sind.
Ein Magnetkontakt 28, dessen abwechselnde öffnungs- und Schließperioden das ankommende Signal
der Meßschaltung bilden, steht unter der Einwirkung eines um eine Achse 30 umlaufenden drehbaren
Magneten 29. Die Achse 30 ist beispielsweise eine Abtriebswelle des Geschwindigkeitswechselgetriebes
des Kraftfahrzeuges. Eine Seite des Kontakts 28 ist ausgehend von der Leitung 22 über einen Widerstand 31
gespeist, während die andere Seite des Kontaktes 28, die mit dem Buchstaben e bezeichnet ist, über einen
Störschutzkondensator 32 und einen zur Fixierung des Potentials dienenden Widerstand 33 an Masse liegt. Von
dem Punkt e zweigt außerdem ein Kondensator 34 ab, mit dem eine Diode 35 in Reihe geschaltet ist, die zu
einem mit /bezeichneten Punkt führt. Die Punkte e, f sind Potentialmeßpunkte, die sich in Fig.4 wiederfinden.
Von dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 34 und der Diode 35 geht ein zu der Masseleitung
18 führender Widerstand 36 ab, während ein anderer Widerstand 37 parallel auf den Ausgang der Diode 35
geschaltet ist. Die ganzen Elemente 28 bis 37 bilden eine Rechteck-Impulsformer-Schaltung, auf die eine Differentiation
und die Unterdrückung der negativen Polarität folgt. Der Widerstand 31, der den Kontakt 28
von der positiven Leitung 22 aus versorgt, verhütet eine Beschädigung des Kontaktes 28 beim Auftreten eines
Leitungsfehlers. Die aus den Elementen 28,31,32,33,34
und 36 bestehende Schaltung ist an sich bekannt; sie wird lediglich zur Erläuterung eines praktischen
Anwendungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung erläutert.
Von dem mit f bezeichneten Punkt gehen drei Widerstände 38, 39, 40 ab, die jeweils zu den
Steuerelektroden 41,42 von Thyristoren 43,44 und zur
Basis 45 eines Transistors 46 führen, welcher gemeinsam mit einem weiteren Transistor 47, dessen Basis mit 48
bezeichnet ist, eine bistabile Kippschaltung bildet.
Der Kollektor des Transistors 47 ist über einen Widerstand 49 an die Leitung 23 und über einen
Widerstand 50 an die Basis 45 des Transistors 46 angeschlossen. Die Basis 48 des Transistors 47 ist über
einen Widerstand 51 mit dem Kollektor des Transistors 46 und über einen Widerstand 53 mit einer Leitung 52
verbunden. Von dem Kollektor des Transistors 46 geht ein an eine Leitung 55 angeschlossener Widerstand 54
ab, der über einen Widerstand 56 mit der Leitung 23 verbunden ist
Der Kollektor des Transistors 46 ist ein Spannungsmeßpunkt,
der mit h bezeichnet ist
Wenn man den in der Zeichnung 3 oben dargestellten Hauptmeßzweig betrachtet, so ist zu sehen, daß die
Anode des Thyristors 43 an die Leitung 22 über Widerstände 57,58,59 angeschlossen ist, von denen die
beiden letztgenannten durch Kontakte 60, 61 eingeschaltet werden können. Die Kathode des Thyristors 43
ist mit der Masseleitung 18 über einen Widerstand 62 verbunden, wobei der Ausgang an den Klemmen dieses
Widerstandes mit 1 bezeichnet ist. F'arallel zu der aus
dem Thyristor 43 und dem Widerstand 62 bestehenden Reihenschaltung sind ein Kondensator 63 und eine
weitere Reihenschaltung geschaltet, welche aus einem Unijunction-Transistor 64, einer Diode 65 und einem
Widerstand 66 besteht, wobei die Anode und die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors 64 mit 67
bzw. 68 bezeichnet sind. Der Spannungsausgang an den Klemmen des Widerstandes 66 ist mit j bezeichnet.
Zwischen der Steuerelektrode 68 des Unijunction-Transistors 64 und der Masseleitung 18 liegen parallel ein
Kondensator 69 und ein zur Entstörung und zur Fixierung des Potentials dienender Widerstand 70,
während eine Diode 71 zwischen der Steuerelektrode 68 und dem Schleifer 72 eines Potentiometers 73 liegt,
welches mit Widerständen 74, 75 einen zwischen der positiven Speisespannungsleitung 22 und der Masseleitung
18 liegenden Spannungsteiler bildet. Die Diode 71 dient zur Temperaturkompensation des Unijunction-Transistors.
Von dem Schleifer 72 geht ein Widerstand 76 ab, der an den Kollektor eines Transistors 77
angeschlossen ist, dessen Basis mit 78 bezeichnet ist und der mit einem weiteren Transistor 79 mit der Basis 80
eine bistabile Kippschaltung bildet.
Von dem Kollektor des Transistors 77 geht ein Widerstand 81 zu der Leitung 21, während ein
Widerstand 82 zu der Basis des Transistors 79 führt. Entsprechend ist der Kollektor des Transistors 79 über
einen Widerstand 83 an die Leitung 21 und über einen Widerstand 84 an die Basis 78 des Transistors 77
angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 79 ist außerdem mit der Basis 85 eines PNP-Transistors 86
verbunden, dessen Kollektor unmittelbar an der Masseleitung 18 liegt, während sein Emitter mit der
positiven Speisespannungsleitung 17 über die Erregerwicklung 87 eines Relais verbunden ist, welches einen
Umschaltanker 88 aufweist und einen Anschluß eines Motors 89 steuert, der über ein elastisches Element 90
das Gaspedal 91 des Kraftfahrzeuges mitnimmt, um es entv/eder anzuheben oder abzusenken. In Reihe mit der
Erregerwicklung 87 liegt ein Wegbegrenzungskontakt 92 des Motors, der durch einen Parallelkondensator 93
entstört ist.
Der sekundäre Meßzweig ist bis auf einige Details analog zu dem Hauptmeßzweig aufgebaut.
Die Anode des Thyristors 44 ist mit der Leitung 55 über einen Parallel-Widerstand 94 verbunden, über den
durch gleichzeitig mit den Kontakten 60 bzw. 61 betätigte Kontakte 97, 98 Widerstände 95, 96
aufschaltbar sind. Die Kathode des Thyristors 44 ist über einen Widerstand 99 an die Masseleitung 18 angeschlossen,
wobei der Spannungsmeßpunkt an ihren Klemmen mit m bezeichnet ist Der Entladungskondensator des
zweiten Meßzweiges ist mit 100 bezeichnet; sein Meßpunkt ist i Die Bezeichnung des Unijunction-Tran
sistors ist 101, seiner Diode 102 und seines Widerstands 103; der Spannungsmeßpunkt an seinen Klemmen ist
mit k bezeichnet Die Anode und die Steuerelektrode des Unijunction-Transistors 101 sind mit 104 bzw. 105
bezeichnet Die Steuerelektrode 105 ist an die Masseleitung 18 über eine Parallelschaltung angeschlos
sen, die aus einem Kondensator 106 und einem Widerstand 107 besteht, welche mit einem Widerstand
108 einen an der Leitung 23 liegenden Spannungsteiler bildet Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist in dem
zweiten Meßzweig die der Diode 71 des ersten Meßzweiges entsprechende Diode weggelassen, ebenso
wie das dem Potentiometer 73 entsprechende Potentiometer, was deshalb möglich ist, weil die Zeitkonstante
des unteren Schaltungszweiges klein im Vergleich zu der Zeitkonstante des oberen Schaltungszweiges ist und
keine sehr große Genauigkeit erfordert.
Von der Steuerelektrode 105 geht ein Widerstand 109 ab, der zum Kollektor eines Transistors 110 führt, dessen Basis mit 111 bezeichnet ist und der mit einem Transistor 112 mit der Basis 113 eine bistabile Kippschaltung bildet. Der Kollektor des Transistors 112
Von der Steuerelektrode 105 geht ein Widerstand 109 ab, der zum Kollektor eines Transistors 110 führt, dessen Basis mit 111 bezeichnet ist und der mit einem Transistor 112 mit der Basis 113 eine bistabile Kippschaltung bildet. Der Kollektor des Transistors 112
ίο ist über einen Widerstand 114 an die Leitung 21 und
über einen Widerstand 115 an die Basis 111 des Transistors 110 angeschlossen, während der Kollektor
des Transistors 110 über einen Widerstand 116 der Leitung 21 und über einen Widerstand 117 mit der Basis
!5 i 13 des Transistors 112 verbunden ist.
Der Kollektor des Transistors 110 ist außerdem an die
Basis 118 eines PNP-Transistors 119 angeschlossen, dessen Kollektor unmittelbar an der Masseleitung 18
liegt und dessen Emitter mit der Leitung 17 über die Erregerspule 120 eines Relais verbunden ist, dessen
Umschaltanker mit 121 bezeichnet ist und das den anderen Anschluß des Motors 89 steuert. Die beiden
Relais mit den Erregerwicklungen 87,120 gestatten es, den Motor rechts oder links herum laufen zu lassen oder
ihn stillzusetzen. Parallel zu dem Motor 89 liegt ein Widerstand 122 in Reihe mit dem Kondensator 123, was
zur Entstörung dient. Ein Widerstand 124 verbindet über den Umschaltankter 121 den zweiten Anschluß des
Motors 89 mit der Leitung 17, wodurch erreicht wird, daß das Gaspedal 91 langsamer nach unten geht als es
angehoben wird. Ein Wegbegrenzungskontakt 125 liegt
in Reihe mit der Erregerwicklung 120; er ist durch einen Parallelkondensator 126 geschützt.
Wenn man die Verbindungen zwischen den beiden Meßzweigen betrachtet, so ist zu ersehen, daß die
Leitung 52 an dem Widerstand 66 an dem Punkt / angeschlossen ist, während sie über einen Widerstand
127 an der Basis 78 des Transistors 77 und über einen Widerstand 53 an der Basis 48 des Transistors 47 liegt.
Die Transistoren 47, 77 sind somit mit von dem Unijunction-Transistor 64 gelieferten Signalen beaufschlagt.
In ähnlicher Weise ist der Meßpunkt 1 des Widerstandes 62 über einen Widerstand 128 mit der
Basis 80 des Transistors 79 und über einen Widerstand 129 mit der Basis 113 des Transistors 112 verbunden. Die
Transistoren 79 und 112 erhalten somit die von dem Thyristor 43 kommenden Signale.
Der Meßpunkt m des Widerstandes 99 ist über einen Widerstand 130 an die Basis 113 des Transistors 112
angeschlossen. Der Transistor 113 ist demgemäß ebenfalls mit den Signalen des Thyristors 44 beaufschlagt.
Der Meßpunkt k des Widerstandes 103 ist mit der Basis 111 des Transistors 110 über einen Widerstand
131 verbunden, so daß der Transistor 110 die von dem Unijunction-Transistor 101 kommenden Signale empfängt
Schließlich ist zu bemerken, daß alle Transistoren der
drei erwähnten bistabilen Kippschaltungen NPN-Tran
sistoren sind, während die Transistoren 86, 119 wie
ebenfalls vermerkt, PNP-Transistoren sind
Im weiteren soll kurz die Funktion der einzelnen Schaltungsteile der Fig.3 mit Hilfe von Fig.4
beschrieben werden, welche als Diagramm die Span
nungen an den verschiedenen in der Beschreibung
erwähnten Meßpunkten wiedergibt Die grundsätzliche Funktion mit zwei Entladungswegen für jeden Kondensator ist bereits im Zusammenhang mit der Schaltung
nach F i g. 1 beschrieben worden; sie wird deshalb nicht mehr im Detail nochmals erläutert.
Jedes Schließen des Kontaktes 28, das bei e(Fig.4)
symbolisch dargestellt ist, führt an dem Meßpunkt /"zu
einem positiven Impuls, der zu den Zeitpunkten f 1, /4, f 6 und 17 beginnt und die Thyristoren 43,44 sowie den
Transistor 46 leitend macht. Die Spannung an der Leitung 55 ist nur mehr ein Bruchteil der Spannung an
der Leitung 23.
Die Widerstände 54, 56 sind derart gewählt, daß die Zündung des Unijunction-Transistors 101 ausgeschlossen
ist, während der Transistor 46 leitend ist.
Am Ende der Leitfähigkeit sowie nach dem Zeitpunkt fl sind die Kondensatoren 63, 100 entladen; alle
Halbleiter 43,44,64 und 101 sind gesperrt, lediglich der
Transistor 46 bleibt leitend, während der Transistor 47
nicht-leitend ist.
Die Kondensatoren 63, 100 werden über einen der Widerstände 57—59 bzw. 94—96 geladen, wobei die
Aufladung des Kondensators 100 trotz ihrer Schnelligkeit wegen des kleinen Wertes des Potentials auf dem
die Leitung 55 steht, beschränkt ist, wie dies auf dem Spannungsdiagramm bei dem Punkt 1 zu ersehen ist,
während andererseits die Ladung des Kondensators 63, gemessen an dem Punkt g, bis zur Zündung des
Unijunction-Transistors 64 zum Zeitpunkt ti fortschreitet, wobei dann an dem Punkt j über den
Widerstand 66 ein Impuls abgegeben wird, der den Transistor 77 — wenn er es nicht bereits ist — leitend
macht und außerdem den Transistor 47 in den leitenden Zustand überführt, wodurch der Transistor 46 gesperrt
wird und das Potential der Leitung 55 bis in die Nähe des Potentials ansteigt, auf dem die Leitung 23 liegt. Die
Ladung des Kondensators 100 setzt sich dann fort, wie dies von der Kurve am Meßpunkt / ablesbar ist, wobei
der Unijunction-Transistor 101 im Zeitpunkt 13 leitend
wird, was zur Folge hat, daß an den Klemmen des Widerstandes 103 an dem Meßpunkt k ein in dem
Diagramm nach Fig.4 veranschaulichter Impuls erscheint,
der den Transistor 110 leitend macht.
Da der Transistor 77 seit dem Zeitpunkt 12 leitend ist,
hat er wenigstens die Transistoren 79, 86 gesperrt. In ähnlicher Weise bedingt die Leitfähigkeit des Transistors
110 jene des Transistors 119 und das Schließen des
Relais mit der Erregerspule 120. Der Motor 89 wird demgemäß auf beiden Seiten gespeist; er senkt das
Pedal 91 so weit ab, bis die Periode des ankommenden Signals kürzer wird oder der Wegbegrenzungskontakt
125 sich öffnet Wenn nämlich die Periode des von dem
Kontakt 28 abgegebenen Signals lang ist, bedeutet dies, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu nieder ist,
womit es nötig wird, eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Von dem Zeitpunkt ί 4 ab wird angenommen, daß die Drehzahl der Welle 30 zunimmt Der gleiche Vorgang
findet sich nur noch ausgehend von dem Zeitpunkt 11,
aber wenn auch der Unijunction-Transistor 64 nor malerweise zum Zeitpunkt f 5 leitend wird und dabei die
Leitfähigkeit des Transistors 77 bestätigt und den
Transistor 48 leitend macht, so erfolgt doch das Schließen des Kontaktes 28 im Zeitpunkt r6 vor dem
Zünden des Unijunction-Transistors 101.
Zu dem Zeitpunkt f6 erscheint somit ein starker
Impuls an den Klemmen des Widerstandes 99, d. h. an dem Meßpunkt m, der den Transistor 112 leitend macht
und die Transistoren HO, 119 sperrt und außerdem die Unterbrechung des über die Erregerwicklung 120
fließenden Stromes bewirkt Damit wird der Motor 89 nicht mehr gespeist, so daß er in der Stellung, die er
gerade einnimmt, verbleibt, wobei angenommen ist, daß die Verbindung mit dem Pedal 91 irreversibel ist.
Wenn die Drehzahl der Welle 30 noch zunimmt, tritt der Zeitpunkt Π vor dem Zünden des Unijunction-Transistors
64 auf, d. h. daß ein energiereicher Impuls an dem Widerstand 62 an der Meßstelle 1 erscheint, womit
der Transistor 79 und der Transistor 86 leitend werden. Damit tritt ein Strom in der Erregerwicklung 87 auf, der
ίο die Verschwenkung des Umschaltankers 86 zur Folge
hat. Der Motor wird demnach mit hoher Spannung gespeist, er dreht sich im Sinne des schnellen Anhebens
des Gaspedals, was erwünscht ist, weil in diesem Augenblick die Fahrzeuggeschwindigkeit zu hoch ist.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit nimmt demnach ab bis eine gewisse Stabilität erreicht ist. wobei dann die
Geschwindigkeit derart aufrechterhalten wird, daß die Zündung des Unijunction-Transistors 101 zwischen
zwei Schließungen des Kontakts 28 stattfindet.
Auf diese Weise wird demgemäß eine Funktion auf drei Etappen erreicht. Dabei ist festzustellen, daß die
Rechenzeit höchstens gleich einer Periode des Kontaktes 28 ist. Die Schaltungsanordnung bietet demgemäß
den Vorteil der Schnelligkeit im Vergleich zu jenen Schaltungen, die mehrere Eingangssignale integrieren.
Die Voraufladung des Kondensators 100 aus der Leitung 55 ist notwendig, weil ohne diese Vorkehrung
bei der Annäherung eines Zeitpunktes wie etwa <6, an f5, die Spannung an den Klemmen des Kondensators
100 bei fehlender Voraufladung nahe null wäre, womit das an der Meßstelle m erscheinende Signal in dem
Augenblick /6 sehr schwach wäre. Es könnte nicht ausreichen, um in jeder Periode die Leitfähigkeit des
Transistors 112 zu gewährleisten, was Funktionsunregelmäßigkeiten
beim Betrieb in einer Störumgebung oder bei plötzlicher Unterbrechung der Versorgung zur
Folge haben könnte.
Anhand der F i g. 5, 6, 7 soll im folgenden die Erweiterung des unteren Schaltungszweiges auf η
•to Zustände erläutert werden. Sie wird im einzelnen für
den Fall beschrieben, daß es darum geht, ein Steuerorgan in aufeinanderfolgenden Schritten als
Funktion der Periode des Eingangssignals nach rechts oder nach links, nach vorwärts oder nach rückwärts
laufenzulassen.
In dem Schaltbild nach Fig.5 ist eine Gleichstromquelle
150 vorhanden, deren positive Ausgangsleitung mit 151 und deren negative Ausgangsleitung mit 152
bezeichnet sind, wobei periodische Impulse die Steuerelektrode 153 eines Thyristors 154 beaufschlagen. Die
Steuerelektrode bildet einen Meßpunkt n; das entsprechende Diagramm ist als Funktion der Zeit in F i g. 6
dargestellt Die Anode des Thyristors 154 ist mit einem Kondensator 155 mit einem Aufladungswiderstand 156
und mit der Anode 157 eines Unijunction-Transistors 158 verbunden, dessen Kathode über eine aus einer
Diode 159 und einem Widerstand 160 bestehende Reihenschaltung an die Leitung 152 angeschlossen ist
Der gemeinsame Punkt der Diode 159 und des Widerstands 160 ist über eine Leitung 161 an einen
Widerstand 162 angeschlossen, der an der Basis 163 eines Transistors 164 liegt, welcher mit einem weiteren
Transistor 165 mit der Basis 166 eine bistabile Kippschaltung bildet Die Basis 166 des Transistors 165
ist über einen Widerstand 167 an die Steuerelektrode 153 des Thyristors 154 angeschlossen; sie empfängt
ebenfalls das Eingangssignal. Der Kollektor des Transistors 164 ist über einen Widerstand 169 mit der
Leitung 151 und über einen Widerstand 170 mit der Basis 166 des Transistors 165 verbunden. Der Kollektor
des Transistors 165 ist über einen Widerstand 171 an die Leitung 151 und über einen weiteren Widerstand 172 an
die Basis 163 des Transistors 164 angeschlossen, wobei der Kollektor des Transistors 165 außerdem über einen
Widerstand 173 mit der Anode 174 eines Unijunction-Transistors 175 verbunden ist, dessen Steuerelektrode
176 an einen zwischen den Leitungen 151,152 liegenden und aus zwei Widerständen 177, 178 bestehenden
Spannungsteile angeschlossen ist. Ein Kondensator 179 verbindet die Anode 174 des Thyristors 175 mit der
Leitung 152. Dieser Kondensator bildet zusammen mit dem Widerstand 173 eine Zeitkonstanten-Schaltung, die
dem Unijunction-Transistor 175 zugeordnet ist. Ein Widerstand 180 verbindet die Kathode des Uniiunction-Transistors
175 mit der Leitung 152.
An den Klemmen des Widerstandes 180 wird die Spannung über eine Leitung 181 abgenommen, welche
zu einem gegebenenfalls als Linearzähler ausgebildeten Zähler 182 führt, der seinerseits mit einer Speichervorrichtung
183 verbunden ist, die einen Verstärker 184 steuert, dessen Ausgang an eine Betätigungsvorrichtung
185 angeschlossen ist. Das an der Meßstelle η eintreffende Eingangssignal wird auch dem Zähler 182
sowie dem Speicher 183 zugeleitet, um deren zyklische Neueinstellung zu steuern. Die Steuerelektrode des
Unijunction-Transistors 158 wird in üblicher Weise durch einen nicht weiter dargestellten Spannungsteil
versorgt.
Mit Hilfe der Fig.6 und 7 soll im weiteren die Wirkungsweise der in F i g. 5 dargestellten Schaltungsanordnung
erläutert werden:
In Fig.6, in der der Verlauf der Spannung an verschiedenen Stellen der Schaltung als Funktion der
Zeit dargestellt ist, findet sich die Kurve n, die uer die Steuerelektrode 153 des Thyristors 154 beaufschlagenden
Spannung entspricht und zu den Zeitpunkten 11, f 3,
f5, f6 periodische Impulse aufweist. Die Kurve der an
den Klemmen des Kondensators 155 liegenden Spannung ist mit ο bezeichnet; sie zeigt periodische
Aufladungen, die bei 11 beginnen und bei f 2 durch eine
Entladung in den Unijunction-Transistor 158 enden, wodurch der Transistor 164 leitend wird, was seinerseits
die Sperrung des Transistors 165 zur Folge hat und es dem Widerstand 173 ermöglicht, den Kondensator 179
bis zur Zündung des Unijunction-Transistors 175 aufzuladen. Der Widerstand 171 ist derart gewählt, daß
der Unijunction-Transistor 175 nicht gezündet und damit leitend bleibt, sondern in an sich bekannter Weise
periodisch pendelt. Die an der Anode 174 des Unijunction-Transistors 175 an der Meßstelle b
empfangene Spannung ist in F i g. 6 veranschaulicht Die auf der Leitung 181 auftretenden Impulse werden in
dem Zähler 182 gezählt; sie sind in dem Diagramm nach F i g. 6 in der Kurve q dargestellt. Die Impulse werden in
dem nachfolgenden Zyklus in den Speicher 183
ίο überführt, dessen Ausgangsspannung in dem Diagramm
nach Fig. 6 bei /-veranschaulicht ist; dies geschieht in
der Weise, daß der Speicher 183 in jedem Augenblick lediglich den höchsten Zustand der vorhergehenden
Zählung erscheinen läßt.
Zum Zeitpunkt /3 oder /5 oder auch i6 wird das
Pendeln des Unijunction-Transistors 175 dadurch beendet, daß der Transistor 165 unter der Wirkung des
an der Stelle η auftretenden Signals leitend wird.
Wenn die Schaltung nach F i g. 5 für einen groben Servo-Mechanismus benutzt wird, in dem beispielsweise
eine zwei oder mehrere Zählintervalle umfassende tote Zone vorgesehen wird, ergibt sich eine an der
Betätigungsvorrichtung 185 liegende Spannung, die sich für verschiedene Frequenzen Fl, F2, F3, F4 des bei η
auf die Steuerelektrode 153 gegebenen Signals entsprechend F i g. 7 ändert.
Unter der Voraussetzung, daß das Eingangssignal auch unmittelbar über den Widerstand 167 auf die Basis
166 des Transistors 165 sowie auf den Zähler 182 und
JO den Speicher 183 gegeben wird, ergibt sich lediglich ein Vorteil im Vergleich zu dem Fall, daß das Signal auf dem
Niveau des Kathoden-Widerstandes des Eingangsthyristors 154 wie in den vorhergehenden Figuren
abgenommen wird, und zwar dann, wenn die Periode
J5 des ankommenden Eingangssignals außerhalb der
Regelung im Vergleich zu jener des dem Unijunction-Transistors 185 zugeordneten Kondensators 165 extrem
kurz wird. In diesem Falle kann tatsächlich die Spannung an den Klemmen des Kondensators 155 zu
klein werden, um an dem Kathoden-Widerstand des Eingangsthyristors einen ausreichenden Impuls zu
ergeben.
Eine andere Lösung bestünde darin, nach jedem Eingangssignal eine sehr schnelle Voraufladung des
4=> Kondensators 155 zu erzeugen, beispielsweise dadurch,
daß ein Teil des Widerstands 156 durch eine Zenerdiode überbrückt würde.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Drehzahloder Geschwindigkeitsmessung, mit zwei oder
mehreren verschiedenen Ausgangszuständen in Abhängigkeit von einer Eingangssignalfrequenz, bei
der wenigstens eine Zeitmeßstufe mit einem zwei Entladungswege aufweisenden und einen Teil einer
Zeitkonstanten-Schaltung bildenden Kondensator vorgesehen ist, dessen einer Entladungsweg durch
das Eingangssignal gesteuert und dessen anderer Entladungsweg nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeitspanne selbsttätig leitend wird, wobei der durch die Eingangsfrequenz gesteuerte Entladungsweg
einen eine unbeeinflußt ablaufende Entladung des Kondensators auslösenden Thyristor mit großem
Haltestrom enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß der andere Entladungsweg (8, 9, iO, 11) einen Unijunction-Transistor (9) mit relativ zum
Haltestrom des Thyristors (5) kleinem Haltestrom enthält, und da8 in Reihe mit der Kathode des
Unijunction-Transistors (9) eine Diode (10) im Durchlaßsinn geschaltet ist
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Entladungswegen
herrührenden Entladungsimpulse jeweils Steuereingängen (c, d) wenigstens einer bistabilen Kippschaltung
zugeführt werden.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine erste Zeit-Meßstufe (57—59, 63) mit zwei Entladungswegen (43, 52; 64, 66) und eine eine
zweite Zeit-Meßstufe (94—96, 100) mit zwei Entladungswegen (44, 99; 101, 103) speisende
Schaltung (46,47) aufweist, die durch das Eingangssignal umschaltbar und durch Zündung des Unijunction-Transistors
(64) der ersten Zeit-Meßstufe rückstellbar ist und daß der Kondensator (100) der
zweiten Zeiit-Meßstufe während der Wartezeit der ersten Zeit-Meßstufe voraufladbar ist und an den
Ausgängen der Zeit-Meßstufen weitere bistabile Kippschaltungen (77, 79; 112, 110) angeordnet sind,
die die Ausgangssteuerbefehle speichern und denen Schaltungseinrichtungen (86, 87, 88; 119, 120, 121)
zur Kombination der Ausgangssteuerbefehle im Sinne der Herstellung wenigstens dreier unterschiedlicher
Ausgangszustände in Abhängigkeit der Eingangssignalfrequenz zugeordnet sind (F i g. 3).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine von
einer Zeit-Meßstufe (155, 156; 154; 158, 160) gesteuerte bistabile Kippschaltung (164, 165), eine
von Elementen der Kippschaltung (164, 165) gespeiste Widerstands-Kondensatorschaltung (173,
179) und eine einen Unijunction-Transistor (175) sowie einen an den Kondensator (179) angeschlossenen
Widerstand (180) enthaltende Reihenschaltung aufweist und daß ein in jeder Periode die
Schwingungen des Unijunction-Transistors (175) summierender Zähler (182), ein den jeweils vorhergehenden
Zählstand des Zählers angebender Speicher (183) sowie Einrichtungen (185) vorgesehen
sind, durch die ein Zustand belassen oder korrigiert werden kann (F i g. 5).
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie
ein Teil einer Einrichtung zur Verstellung des Gashebels (91I) eines Kraftfahrzeuges in Funktion
der Motordrehzahl bildet und daß ihre Eingangssignale abhängig von der Motordrehzahl sind, und
durch die von den Entladungswegen henührenden Entladungsimpulse ein umsteuerbarer Elektromotor
(89) gesteuert ist, der über eine elastische Verbindung (90) mit dem Gashebel (91) gekuppelt ist
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