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Spannungsteiler Die Erfindung bezieht sich auf Spannungsteiler, welche
in Verbindung mit Lautstärkeregelungen für verschiedenartige Niederfrequenzverstärker
häufig auch als Potentiometer bezeichnet werden, und betrifft insbesondere einen
Spannungsteiler, welcher durch Berührung mit einem Finger gesteuert werden kann,
um eine ausgewählte Spannung in einem vorgegebenen Spannungsbereich abzugeben.
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Zum Stand der Technik gehörende Lautstärkeregeler weisen allgemein
ein langgestrecktes Widerstandselement mit drei Anschlüssen auf, und zwar einen
an jedem Ende des Widerstandselementes und einen dritten, welcher entlang dem Widerstandselement
einstellbar ist. Wenn also durch Verbindung einer Spannungsquelle mit den Anschlüssen
an den Enden eines Widerstandselementes eine gegebene Spannungsdifferenz an dem
Widerstandselement festgelegt ist, kann durch Einstellung des dritten Anschlusses
auf der Länge des Widerstandselementes jede beliebige, zwischen den an den Enden
des Widerstandselementes vorhandenen Spannungswerten liegende Spannung abgegriffen
werden. Die Einstellung des dritten Anschlusses erfordert jedoch beim Stand der
Technik eine gewöhnlich durch Drehen eines Knopfes erreichte mechanische Bewegung
des dritten Anschlusses auf dem Widerstandselement, wobei häufig eine komplizierte
mechanische Verbindung zwischen dem Knopf und dem dritten Anschluß notwendig ist.
Ferner setzt der elektrische Kontakt zwischen dem dritten Anschluß und dem Widerstandselement
einen Reibungskontakt zwischen diesen Teilen voraus. Ein unvermeidlicher Nachteil
besteht also bei diesen Geräten darin, daß beim Gebrauch ein Verschleiß auftritt,
was im Ergebnis zu Funktionsfehlern und möglicherweise zu einem vorzeitigen Ausfall
des Gerätes führen kann.
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Die Erfindung bezweckt daher hauptsächlich die Schaffung eines Spannungsteilers,
welcher durch Berührung mit einem
Finger betätigt werden kann und
dessen Funktion bei der wählbaren Einstellung einer Spannung keinen Reibungsk3ntakt
zwischen einem einstellbaren Anschluß und einem Widerstandselement erfordert, und
bei welchem somit ein Reibverschleiß beim Gebrauch ausgeschlossen ist.
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Bei der Einstellung des dritten Anschlusses auf de Widerstandselement
besteht bei bekannten Einrichtungen infolge des dort vorhandenen Reibungskontaktes
die Gefahr einer Entstehung von Störsignalen. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht.
daher in der Schaffung eines Spannungsteilers, welcher bei seiner Betätigung keine
Storsignale erzeugt.
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Ferner ist ohne weiteres zu erkennen, daß beim Stand der Technik die
zur Einstellung eines bekannten Sannungsteilers erforderlichte Zeitspanne sich unmittelbar
mit der Größe der ,nderung bei der Einstellung ändert. Die Erfindung bezweckt daher
ferner die Schaffung eines Spannungsteilers, bei welchem jede beliebige nderung
der Einstellung unabhängig von deren Größe im wesentlichen ohne jede Verzögerung
möglich ist.
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Schließlich ist noch festzustellen, daß die bekannten Spannungsteiler
für ihre betätigung notwendigerweise vorspringende Knöpfe oder Hebel aufweisen,
welche durch Verdeckung der Sicht eine genaue Einstellung erschweren und die Einstellbewegungen
begrenzen. Ein weiterer Zweck der Erfindung
besteht daher auch in
der Schaffung eines Spannungsteilers, welcher keine vorstehenden Knöpfe oder Hebel
für seine Betätigung benötigt.
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Ein erfindungsgemäßer Spannungsteiler weist im wesentlichen eine langgestreckte
Widerstandsfläche und eine langgestreckte leitende Fläche auf, welche der Widerstandsfläche
mit geringem Abstand zugeordnet ist und im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie
diese besitzt. Eine Spannungsquelle ist mit entgegengesetzten Enden der Widerstandsfläche
verbunden, um entlang dieser einen Spannungsgradienten bzw. ein Spannungsgefälle
gegen Erde aufzubauen,und es ist ein Organ vorgesehen, mit welchem durch Berührung
mit einem Finger wahlweise ein galvanischer Kontakt zwischen irgendeinem Punkt auf
der Widerstandsfläche und einem entsprechen den Punkt auf der leitenden Fläche herstellbar
ist. Dieses Organ weist vorzugsweise ein flexibles Element als Trägermaterial auf,
welches beispielsweise eine der jeweils gegenüberliegenden Fläche abgekehrte Unterlage
für wenigstens eine der beiden Flächen bildet. Erfindungsgemäß ist ferner ein Spannungsspeicher
mit der leitenden Fläche verbunden, um eine beliebige daran durch galvanische Berührung
mit der Widerstandsfläche angelegte Spannung für eine anschließende Verwendung,
beispielsweise für die Steuerung eines spannungsgesteuerten Verstärkers zu speichern.
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Ein erfindungsgemäßer Spannungsteiler gestattet in vorteilhafter Weise,
jede beliebige Spannung in einem ausgewählten Spannungsbereich zu erzeugen, wobei
die jeweilige Spannung durch Berührung mit dem Finger einstellbar ist. Die Erfindung
arbeitet besonders vorteilhaft mit einem ohne Reibungskontakt arbeitenden Steuerelement
und mit einem durch das Steuerelement gesteuerten Spannungspeicher. Außer einem
dem erfindungsgemäßen Spannungsteiler zugeordneten Stromkreis sind vorzugsweise
auch mittel für eine optische Anzeige der Einstellung vorgesehen.
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Weitere Vorzüge und Alerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen vorteilhafte
und bevorzugte Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise erläutert
und dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Steuerelementes und die teilweise als Blockschaltung und
teilweise in schematischer Form dargestellten elektrischen Teile dieser Ausführungsform,
Fig. 2 einen zur Ansicht der Fig. 1 senkrechten Querschnitt einer abgewandelten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerelementes,
Fig. 3
einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Steuerelementes, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 5 eine schematische Darstellung der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 6 teilweise in schematischer Form und teilweise in Form eines
Blockdiagramms einen Spannungsspeicher einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
und Fig. 7 eine Einrichtung zur Anzeige der Einstellung eines der Ausführungsform
nach Fig. 6 entsprechenden Gerätes.
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Fig. 1 zeigt eine vereinfacht dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
berührungsgesteuerten Spannungsteilers. Ein Steuerelement 10 dieser Einrichtung
weist ein langgestrecktes Widerstandselement 11 und ein langgestrecktes leitendes
Element 12 auf. Das Steuerorgan 10 ist in einem entlang der Längsachse des Widerstandselementes
11 und des leitfähigen Elementes 12 verlaufenden Querschnitt dargestellt.
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Das Widerstandselement 11 und das leitende Element 12 des Steuerorganes
10 sind mit im wesentlichen gleichen Flächenabmessungen mittels eines Isolierrahmens
13 fest miteinander verbunden.
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Wie bei 14 angedeutet, ist das leitende Element 12 flexibel, und der
durch den Isolierrahmen 13 festgelegte Abstand zwischen dem Widerstandselement 11
und dem leitenden Element 12 ist so gewählt, dass das leitende Element 12 durchgebogen
werden kann so daß jeder beliebige Punkt auf der Länge seiner unten liegenden Fläche
mit einem entsprechenden Punkt auf der oben liegenden Fläche des Widerstandselementes
11 in Berührung gebracht werden kann. Die Abmessungen des Steuerorganes 10 sind
vorzugsweise derart ausgewählt, daß eine Fingerberührung der oben liegenden Fläche
des leitenden Elementes 12 ausreicht, um dieses, wie bei 14 angedeutet ist, durchzubiegen,
und damit einen Punkt der unten liegenden Fläche des leitenden Elementes mit einem
entsprechenden Punkt auf der oben liegenden Fläche des Widerstandselementes in Berührung
zu bringen.
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Von einer nicht dargestellten Spannungsquelle wird eine erste Spannung
V1 und eine zweite Spannung V2 an die gegenüberliegenden Enden des Widerstandselementes
11 des Steuerorganes 10 angelegt, so daß ein Spannungsgradient bzw. ein Spannungsgefälle
über der Länge des Widerstandselementes 11 vorhanden ist. Bei der Ausführung nach
Fig. 1 ist die erste Spannung V1 niedriger als die zweite Spannung V2. Wenn somit
das leitende Element 12 in der bei 14 angedeuteten Weise durchgebogen wird, um einen
galvanischen Kontakt mit dem Widerstandselement 11 herzustellen, liegt an dem leitenden
Element
12 eine zwischen den Spannungen V1 und V2 liegende Spannung. Wenn sich der Widerstand
des Widerstandselementes 11 von seinem einen zum anderen Ende linear ändert, wird
sich auch die an dem mit dem Widerstandselement in galvanische Berührung gebrachten
leitenden Element liegende Spannung an aufeinanderfolgenden Punkten auf der Länge
des Widerstandselsmentes linear zwischen der Spannung V1 am einen Ende und der Spannung
V2 am anderen Ende ändern. Falls erwünscht, kann sich der Widerstand des Widerstandselementes
11 zwischen seinen beiden Enden auch andere als linear ändern. In diesem Fall ergibt
sich dann eine nicht lineare hinderung der Spannung an dem leitenden Element 12,
wenn dieses an aufeinanderfolgenden Punkten auf der Länge des Widerstandselementes
11 mit diesem in galvanischen Kontakt gebracht wird.
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Außerdem ist es ohne weiteres möglich, daß beide Spannungen V1 und
V2 über oder unter Erdpotential liegen oder daß eine der beiden Spannungen am Erdpotential
liegt, während die andere darüber oder darunter liegt. Bei der Darstellung in Fig.
1 liegen beide Spannungen V1 und V2 über Erdpotential, und das leitende Element
12 ist über einen Widerstand R1 mit Erde verbunden. Die Spannung, die dem leitenden
Element 12 dadurch zugeführt wird, daß es durch Herunterdrücken am Punkt 14 mit
dem Widerstandselement 11 in Kontakt gebracht wird, baut sich somit am Widerstand
R1 auf. Diese Spannung
liegt, wie oben beschrieben, über der Spannung
V1 und unter der Spannung V2.
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Wie Fig. 1 zeigt, wird die am Widerstand 91 aufgebaute Spannung gleichzeitig
auf einen Spannungsvergleicher A1 und über eine Diode D1 auf einen Kontakt eines
gewöhnlich offenen Schalters S1 gegeben. Ein Widerstand R2 ist vom Verbindungspunkt
zwischen der Diode D1 und dem Schalter S1 aus unten noch näher erläuterten Gründen
mit Erde verbunden. Die Spannungsvergleichsschaltung A1 arbeitet in der Weise, daß
der gewöhnlich offene Schalter S1 immer dann schließt, wenn am Widerstand R1 eine
Spannung gegen Erde aufgebaut ist.
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Ein Spannungspeicher in Form eines Kondensators C1 liegt zwischen
dem anderen Kontakt des Schalters S1 und Erde. Sobald also der Schalter S1 aufgrund
einer am Widerstand R1 vorhandenen Spannung durch den Spannungsvergleicher A1 geschlossen
wird, wird diese am Widerstand R1 liegende Spannung über die Diode D1 auf den Widerstand
R2 und den Kondensator C1 gegeben. Wenn die über R1 aufgebaute Spannung höher ist
als die bereits am Kondensator C1 vorhandene Spannung, wird der Kondensator Cl auf
diese höhere Spannung aufgeladen.
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Falls jedoch die über dem Widerstand 91 aufgebaute Spannung niedriger
ist als die bereits am Kondensator C1 vorhandene Spannung, wird der Kondensator
C1 über den Widerstand 92
auf den am Widerstand R1 aufgebauten
Spannungswert entladen.
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Die Diode D1 verhindert, daß die Spannung, auf welche der Kondensator
C1 aufgeladen ist, zum Spannungsvergleicher Al gelangt und hält damit den Schalter
S1 auch dann geschlossen, wenn keine Spannung auf das leitende Element 12 gegeben
wird.
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Wie in Fig. 1 angezeigt ist, bildet die Spannung, auf welche der Kondensator
C1 aufgeladen wurde, die Ausgangsspannung des Spannungsteilers. Es ist ohne weiteres
verständlich, daß diese AusgangssXpannung nur in einer Weise verwendet werden kann,
bei der kein Stromfluß auftritt, der den Kondensator C1 entladen würde.
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Dies verdeutlicht, daß die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung als Spannungsteiler
arbeitet, der durch Berührung mit einem Finger in der Lage ist, eine zwischen V1
und V2 liegende Ausgangsspannung zu erzeugen. Außerdem wird deutlich, daß die Ausgangsspannung
des Spannungsteilers in dem vorgegebenen Bereich äußerst vorteilhaft von einem Wert
auf einen anderen Wert eingestellt werden kann, und zwar durch eine einzige, im
wesentlichen verzögerungsfreie Handbewegung allein durch Berührung, wobei weder
eine Reibungsberührung zwischen dem leitenden Element 12 und dem Widerstandselement
11 auftritt, noch irgendeine mechanische Verbindung zwischen der Hand und diesen
Elementen erforderlich ist.
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Das Widerstandselement 11 der Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 kann
beispielsweise aus Kohlenstoff bestehen, während das leitende Element 12 eine metallische
Folie sein kann.
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Es ist jedoch auch möglich, die mechanischen Eigenschaften des Widerstandselementes
11 und des leitenden Elementes 12 des Steuerorganes 10 in der Weise umzukehren,
daß man das Widerstandselement 11 flexibel und das leitende Element 12 starr ausbildet,
wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
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Ein in Fig. 2 gezeigtes Steuerorgan 20 weist ein leitendes Element
22 in Form einer auf die Oberfläche eines isolierten Blockes 25 aufgebrachten Metallplatte
auf. Das Widerstandselement 21 des Steuerorganes 20 weist eine Widerstandsschicht
auf der unten liegenden Fläche eines flexiblen Filmes 26 auf, der mit Hilfe eines
Isolierrahmens 23 wer der Metallplatte 22 angeordnet ist. Somit kann jeder Punkt
auf der Länge des Widerstandselementes mit einem entsprechenden Punkt auf der Länge
des leitfähigen Elementes 22 dadurch in Berührung gebracht werden, daß der Film
26 mit einem Finger durchgebogen wird. Dabei können für das Widerstandselement 21
des Steuerorganes 20 die gleichen elektrischen Verbindungen vorgesehen sein wie
für das Widerstandselement 11 des Steuerorganes 10.
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Entsprechend können die elektrischen Verbindungen mit dem leitenden
Element 22 des Steuerelementes 20 die gleichen sein wie die elektrischen Verbindungen
mit dem leitenden Element 12 des Steuerelementes 10.
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Die vorstehenden Ausführungen verdeutlichen, daß nach der Lehre der
Erfindung weder das leitende Element noch das Widerstandselement eines erfindungsgemäßen
Steuerorganes notwendigerweise aus einem festen Körper bestehen muß. Somit können
eines oder beide dieser Elemente lediglich aus Oberflächenbelägen auf einem isolierenden
Trägermaterial bestehen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
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Es ist aber auch nicht unbedingt erforderlich, daß eines der beiden
Elemente eines erfindungsgemäßen Steuerorganes flexibel ist. Somit können bei einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung bei einem in Fig. 3 gezeigten Steuerorgan 30
ein Widerstandselement 31 und ein leitendes Element 32 nebeneinander auf einem isolierenden
Trägermaterial 35 angeordnet sein. Wo die Spannung und der dabei auftretende Strom
niedrig ist, kann dabei der Finger der Bedienungsperson das Organ zur Herstellung
eines galvanischen Kontaktes zwischen den beiden Elementen sein.
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Fig. 3 zeigt jedoch, daß dieses Organ vorzugsweise aus einer leitfähigen
Fläche 34 auf einem flexiblen Isolierfilm 36 besteht, welcher mit Hilfe eines Isolierrahmens
33 über den Elementen 31 und 32 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung.
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bringt ein Fingerdruck auf den isolierenden Film 36 die leitende Fläche
34 in Kontakt mit dem leitenden Element 32 und dem Widerstandselement 31, so daß
der Spalt zwischen diesen Elementen überbrückt wird und die an der Berührungsstelle
vorhandene
Spannung vom Widerstandselement 31 zum leitenden Element 32 übertragen wird. Die
elektrischen Verbindungen des Widerstandselementes 31 und des leitenden Elementes
32 des Steuerorganes 30 können wiederum die gleichen sein wie bei den entsorechenden
Elementen 11 und 12 des in Fig. 1 gezeigten Steuerelementes 10.
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Die für die erfindungsgemäßen Steuerorgane verwendeten Ausdrücke 'Widerstands..."
und "leitend" sind relativ zu verstehen. So ist zwar das wesentliche merkmal der
Widerstandselemente 11, 21 und 33 ihr elektrischer Widerstand und das wesentliche
merkmal der -leitenden Elemente 12, 22 und 32 ihre elektrische Leitfähigkeit. Obgleich
jedoch die Widerstandselemente 11, 21 und 31 vorzugsweise einen größeren elektrischen
Widerstand als die leitenden Elemente 12, 22 und 32 aufweisen, ist es nicht unbedingt
erforderlich, daß diese Beziehung besteht. Wesentlich ist, daß der Widerstandswert
des Widerstandes R1 erheblich größer ist als der elektrische Widerstand der leitenden
Elemente 12, 22 und 32. Es ist auch wünschenswert, daß der elektrische Widerstand
der leitenden Elemente 12, 22 und 32 so klein wie möglich ist, um die Verwendung
eines Kondensators C1 mit hoher Kapazität zu ermöglichen, welcher in möglichst kurzer
Zeit voll auf die gewünschte Spannung aufgeladen werden kann. Wenn jedoch anstelle
eines Kondensators ein anderer Spannungsspeicher verwendet wird, brauchen die wichtigsten
Überlegungen nicht
dem elektrischen Widerstand des leitenden Elementes
12 gelten.
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Der Widerstand des Widerstandselementes 11 sollte im Hinblick darauf
ausgewählt werden, einen praktischen Spannungsgradienten entlang eines Steuerelementes
vorzusehen, welches für eine Betätigung durch Berührung mit einem Finger bemessen
ist. Es wurde herausgefunden, daß beispielsweise eine auf einen Isolierfilm aufgebrachte
Kohlenstoffschicht zu günstigen Widerstandswerten für das Widerstandselement eines
erfindungsgemäßen Steuerorganes führt.
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Fig. 4 zeigt eine Blockschaltung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Das Steuerelement 40 weist bei dieser Ausführungsform ein Widerstandselement
41 in Form einer kontinuierlichen Beschichtung von Kohlenstoffpartikeln auf einem
flexiblen Isolierfilm und ein leitendes Element 42 in Form eines Kuiferstreifens
auf. Das Widerstandselement 41 ist, wie oben beschrieben, mit geringem Abstand und
im wesentlichen gleicher Ausdehnung durch hier nicht dargestellte Mittel über dem
leitenden Element 42 abgestützt. Wie ebenfalls bereits beschrieben wurde, wird entlang
dem Widerstandselement 41 ein Spannungsgefälle dadurch festgelegt, daß gegen Erde
unterschiedliche Spannungen V1 und V2, wie dargestellt, an entgegengesetzten Enden
des Widerstandselementes angelegt werden.
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Ein Widerstand 91 ist zwischen das leitende Element 42 und Erde geschaltet.
Das leitende Element 42 ist außerdem an einen Eingang eines Spannungsvergleichers
A1 angeschlossen, mit dessen anderem Eingang das Widerstandselement 41 verbunden
ist. Wie oben beschrieben, ist der Soannungsvergleicher 1 so ausgebildet, daß er
einen gewöhnlich offenen Schalter S1 immer schließt, wenn eine Spannung gegen Erde
auf das leitende Element 42 gegeben wird.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das leitende Element
42 über eine Diode D1 und einen Puffer- oder Trennverstärker A2 an einen der Kontakte
des gewöhnlich offenen Schalters S1 angeschlossen. Ein RC-Netzwerk mit einem Kondensator
C2 und einem Widerstand R2 ist zwischen der Diode D1 und dem Pufferverstärker A2
an Erde gelegt. Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, liegt der Spannungsspeicher-Kondensator
C1 zwischen dem anderen Kontakt des gewöhnlich offenen S-chalters Sl und Erde.
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Es ist zu erkennen, daß bei entsprechendem Aufbau des Spannungsvergleichers
Al und richtiger Auswahl der Diode D1 und des aus der Kapazität C2 und dem Widerstand
R2 gebildeten RC-Netzwerkes für die Spannungen V1 und V2 entweder Gleich-oder Wechselspannungen
vorgesehen werden können, um die Kapazität C1 auf eine Spannung aufzuladen, welche
einem einzelnen Berührungspunkt zwischen dem Widerstandselement 41
und
dem leitenden Element 42 des Steuerorganes 40 entspricht.
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In den meisten Anwendungsfällen werden jedoch V1 und Gleichspannungen
sein. Das RC-Netzwerk mit der Kapazität C2 und dem Widerstand 92 muß eine ausreichende
Zeitkonstante aufweisen, um bei Verwendung vcn Gleichspannungen V1 und zur Festsetzung
eines Spannungsgradienten über dem Widerstandselement 41 des Steuerorganes 40 durch
Kompensation einer bei der öffnung des Schalters 51 auftretenden Verzögerungszeit
sicherzustellen, daß die Ladung der Kapazität C1 der ausgewählten Spannung entspricht.
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Der Schalter S 1 könnte ein mechanischer Schalter sein, während für
den Spannungsvergleicher Al eine Schaltung mit einer Induktionsspule oder anderen
mitteln zur mechanischen Betätigung des Schalters vorgesehen sein kann, vorausgesetzt,
daß diese Schaltung einen hohen Widerstand zwischen dem leitenden Element 42 und
Erde darstellt. Vorzugsweise wird jedoch ein elektronischer Schalter verwendet,
um die bei mechanischen Schaltern unvermeidlich vorhandene Verzögerungszeit auf
eine Größenordnung von etwa 50 Msec. herabzusetzen.
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Ein zweiter Purferverstärker A3 ist mit dem anderen Kontakt des gewöhnlich
offenen Schalters S1 verbunden, um eine Benutzung der in dem Kondensator C1 gespeicherten
Spannung zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil der
Ausgangsgröße des zweiten Pufferverstärkers A3 auf seinen Eingang rückgekoppelt,
um die Ladung am
Kondensator C1 aufrechtzuerhalten.
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Es ist bekannt, daß jeder Kondensator einen inneren Widerstand bestimmter
Größe aufweist und/oder mit Verlusten behaftet ist, welche dazu führen, daß eine
auf den Kondensator gegebene Ladung mit der Zeit langsam abnimmt. Bei richtiger
Ausgestaltung und Bemessung der Einrichtung 47 für eine gesteuerte positive Rückkopplung
kann die Ladung des Kondensators C1 über einen längeren Zeitraum konstant gehalten
werden.
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Die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers A3 kann also dadurch eingestellt
werden, daß das Widerstandselement 41 des Steuerorganes 40 durch Berührung mit einem
Finger in Kontakt mit dem leitenden Element 42 gebracht wird. Die eingestellte Ausgangsspannung
des Pufferverstärkers A3 bleibt dann konstant bis zu einer Rückstellung durch eine
weitere Berührung mit dem Finger, welche einen anderen Punkt auf der Länge des Widerstandselementes
41 in Kontakt mit dem leitenden Element 42 des Steuerorganes 40 bringt.
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Die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers A3 kann in unterschiedlicher
Weise verwendet werden. Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 ist diese
Ausgangsspannung bespielsweise als Steuerspannung für einen spannungsgesteuerten
Verstärker A4 in einem Niederfrequenzverstärkersystem vorgesehen. Die Größe des
Niederfrequenz-Signalausganges
des spannungsgesteuerten Verstärkers
A4 kann also durch Fingerberührung des Widerstandselementes 41 des Steuerorganes
40 eingestellt werden, welches die Ausgangsspannung des Puffer verstärkers A3 in
der oben beschriebenen Weise einstellt, wodurch die Größe der Verstärkung des zum
spannungsgesteuerten Verstärker A4 führenden Niederfrequenzsignaleinganges eingestellt
wird. Diese Einstellung bleibt so lange auf einem festen Wert, bis eine weitere
Berührung des Steuerorganes 40 durch einen Finger einen anderen Punkt auf der Länge
des Widerstandselementes 41 in Berührung mit dem leitenden Element 42 bringt.
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Nach Fig. 4 ist ferner eine Einrichtung für eine optische Anzeige
der Einstellung des Steuerelementes 40 vorgesehen.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann diese Einrichtung zur
Anzeige der Einstellung des Spannungssteuerungsorganes eine Reihe von lichtemittierenden
Dioden 4Ba - 4Bn aufweisen. Diese lichtemittierenden Dioden sind entlang der Länge
des Steuerorganes 40 angeordnet und derart elektrisch miteinander verbunden, daß
sie jeweils bei Erreichen einer anderen Schwellenspannung beginnen, Licht zu emittieren.
Nach der Darstellung in Fig. 4 wird die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers A3
den lichtemittierenden Dioden zugeführt. Unter der Annahme, daß die Spannung V1
niedriger ist als die Spannung V2 ist also die Reihe der lichtemittierenden Dioden
4Ba - 48n so angeordnet, daß
die Diode 48n aufleuchtet, wenn die
Spannung am Ausgang des Pufferverstärkers A3 derjenigen Spannung entspricht, welche
bei Fingerberührung des an die Spannung V1 angeschlossenen Endes des Widerstandselementes
41 dem leitenden Element 42 des Steuerorganes 40 zugeführt wird, und daß sämtliche
lichtemittierenden Dioden 48a bis 48n aufleuchten, wenn die Ausgangsspannung des
Pufferverstärkers A3 derjenigen Spannung entspricht, die dem leitenden Element 42
des Steuerorganes 40 zugeführt wird, wenn das an die Spannung V2 angeschlossene
Ende des Widerstandselementes 41 mit dem Finger berührt wird. Das bedeutet also,
daß die Reihe der lichtemittierenden Dioden so angeordnet ist, daß eine Fingerberührung
des Steuerorganes 4C an einem Punkt zwischen seinen Enden dazu führt, daß die lichtemittierenden
Dioden bis zu der dem Berührungspunkt zugeordneten Diode, beispielsweise 48c, aufleuchten,
während die Dioden 48a und 48b dunkel bleiben. Um diese Wirkung zu erzielen, ist
es natürlich erforderlich, eine Spannung V3, an welche die Reihe der lichtemittierenden
Dioden angeschlossen ist, so ausgewählt werden, daß sie im richtigen Verhältnis
zum Bereich der Ausgangsspannungen des Pufferverstärkers A3 steht. Auf diese Weise
bildet also die Reihe der lichtemittierenden Dioden eine optische Anzeige für die
Einstellung des Steuerelementes 40. Selbstverständlich wäre es auch möglich, andere
optische mittel zu verwenden, um die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers A3 und
damit die Einstellung des Steuerorganes 40 anzuzeigen.
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Vorzugsweise werden jedoch die Mittel zur optischen Anzeige dem Steuerorgan
40 körperlich zugeordnet und dessen Form entsprechend in gerader Linie angeordnet.
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Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild der in Fig. 4 beispielsweise
dargestellten Ausführungsform der Erfindung, wobei für gleiche Teile die gleichen
Bezugszeichen verwendet sind.
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Ein Ende des Widerstandselementes 41 des Steuerorganes 40 ist an ein
Netzgerät angeschlossen, welches beispielsweise eine positive Gleichspannung von
10 Volt liefert. Das andere Ende des Widerstandselementes 41 ist mit der Anode einer
Germaniumdiode 50 verbunden, wie sie beispielsweise unter der Typenbezeichnung 1N34
erhältlich ist. Die Kathode der Diode 50 ist mit der Anode einer beispielsweise
unter der Typenbezeichnung 1N914 erhältlichen Siliziumdiode 51 verbunden, deren
Kathode an Erde gelegt ist. Dieses Ende des Widerstandselementes 41 ist außerdem
an das nicht dargestellte Netzgerät angeschlossen, welches eine positive Gleichspannung
von 10 Volt über einen Widerstand 52 von beispielsweise 10 k0hm liefert. Schließlich
ist dieses Ende des Widerstandselementes über einen Widerstand 53 von beispielsweise
3,3 mOhm an die negative Eingangsklemme des Spannungsvergleichers Al angeschlossen.
An diesem Ende des Widerstandselementes 41 des Steuerorganes 40 liegt also
eine
konstante Bezugsspannung, die auf die negative Eingangsklemme des Spannungsvergleichers
A1 gegeben wird. Der Spannungsvergleicher Al ist in der Weise geschaltet, daß seine
negative Klemme über eine Siliziumdiode an Erde gelegt ist. Die Reihenschaltung
der Germaniumdiode 50 und der Siliziumdiode 51 stellt also sicher, daß die Bezugsspannung
einen geringen posisitven Wert gegenüber Erde hat.
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Das leitende Element 42 des Steuerorganes 40 ist über einen Widerstand
R1 von beispielsweise 1 MOhm an Erde gelegt.
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Das leitende Element 42 des Steuerorganes 40 ist ferner über einen
Widerstand 54 von beispielsweise 1 MOhm an die positive Eingangsklemme des Spannungsvergleichers
A1 gelegt.
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Schließlich ist das leitende Element 42 des Steuerorganes 40 mit der
Anode einer beispielsweise unter der Typenbezeichnung 1N914 erhältlichen Siliziumdiode
D1 verbunden. Wenn also ein galvanischer Kontakt zwischen dem leitenden Element
42 und einem Punkt auf dem Widerstandselement 41 des Steuerorganes 40 hergestellt
wird, baut sich am Widerstand R1 eine dem Kontaktpunkt entsprechende Spannung auf
und wird der positiven Eingangsklemme des Spannungsvergleichers A1 über den Widerstand
54 zugeführt. Diese Spannung wird auch der Anode der Diode D1 zugeführt.
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Die Kathode der Diode D1 ist über einen Widerstand 55 an die positive
Eingangsklemme des Pufferverstärkers A2 angeschlossen.
Die Kathode
der Diode D1 ist außerdem über den Kondensator C2 mit einer Kapazität von beispielsweise
0,1 /uF an Erde gelegt. Der in gestrichelten Linien angedeutete Widerstand R2 zwischen
dem positiven Eingang des Pufferverstärkers A2 und Erde ist bei dieser Ausführungsform
der Erfindung bestandteil des Pufferverstärkers A2. Die Kapazität des Kondensators
C2 ist so ausgewählt, daß sich die gewünschte Zeitkonstante ergibt, wie oben erläutert
ist.
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Ein zwischen dem Ausgang des Pufferverstärkers A2 und dessen negativem
Eingang liegender Widerstand 56 hat beispielsweise einen Wert von 560 kühm, der
so ausgewählt ist, um den Verstärkungsfaktor dieses Verstärkers im wesentlichen
auf 1 einzustellen.
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Der Schalter S1 besteht bei der gezeigten Ausführungsform aus einem
beispielsweise unter der Typenbezeichnung 2N3638 erhältlichen Transistor, und der
Kondensator C1 hat eine Größe von 10 /uF und eine Nennspannung von 20 Volt. Der
Ausgang des Spannungsvergleichers Al ist mit dem Emitter des Transistors S1 verbunden,
während ein Anschluß des Kondensators C1, dessen anderer Anschluß an Erde liegt,
mit dem Kollektor des Transistors S1 verbunden ist. Der Transistor S1 wird also
durch die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers A1 immer in seinen leitenden
Zustand gebracht, wenn eine Spannung an das leitende Element 42 des Steuerelementes
40 gelegt wird. Die an das leitende Element
42 des Steuerorganes
40 gelegte Spannung wird gleichzeitig über die Diode D1, den Verstärker A2 und den
Transistor S1 auf die Kapazität C1 gegeben. Wenn also die an das leitende Element
42 des Steuerorganes 40 gelegte Spannung kleiner ist als die bereits am Kondensator
C1 stehende Spannung, entlädt sich der Kondensator C1 auf diese geringere Spannung
über den Transistor S1 und den Widerstand R2 des Pufferverstärkers A2.
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Die am Kondensator C1 vorhandene Ladespannung wird auch dem Steuerelement
eines Feldeffekttransistors 58 beispielsweise des Typs 2N3819 zugeführt. Wenn also
die am Kondensator C1 stehende Spannung dem Steuerelement des Feldeffekttransistors
58 zugeführt wird, tritt ein gewisser, der Spannung am Kondensator C1 entsprechender
Spannungsabfall an dem Feldeffekttransistor auf. Eine Seite des Feldeffekttransistors
58 ist an ein nicht dargestelltes Netzgerät angeschlossen, während die andere Seite
des Feldeffekttransistors über einen angezapften -Widerstand 59 von beispielsweise
10 k0hm und ein Konstantstrom-Netzwerk mit Transistoren 60 und 61 sowie Widerständen
62, 63 und 64 mit Erde verbunden ist.
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Die bei einer vorgewählten Einstellung des Widerstandes 59 von diesem
abgegriffene Spannung ändert sich also proportional zur Spannung am Kondensator
C1. Die vom Widerstand 59 abgezapfte Spannung wird über einen Widerstand 65 von
beispielsweise
1 MShm auf den positiven Eingang eines Funktions-
oder Rechenverstärkers A3 gegeben. Der Ausgang des Funktionsverstärkers A3 ist mit
dessen negativem Eingang über einen einstellbaren Widerstand 66 und einen Festwiderstand
67 verbunden. Die Größen des einstellbaren Widerstandes 66 und des Widerstandes
67 sind derart gewählt, daß der Widerstand 66 so eingestellt werden kann, daß eine
geringfügig über 1 liegende Verstärkung durch den Funktionsverstärker A3 vorgesehen
ist. Dadurch ist es möglich, einen Teil des Ausganges des Operationsverstärkers
A3 über einen Widerstand 68 von beispielsweise 10 pt10hm auf den Kondensator C1
rückzukoppeln, um die Spannung an diesem Kondensator konstant zu halten, wenn auch
dieser einen inneren Widerstand aufweist, der zu Leckverlusten der Kondensatorladung
führen kann.
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Der Ausgang des Funktionsverstärkers A3 bildet den mit 69 bezeichneten
Ausgang der Einrichtung. Dieser Ausgang kann zur Steuerung eines spannungsgesteuerten
Verstärkers verwendet werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 4 erörtert wurde.
In diesem Fall kann der Spannungsvergleicher A1, die Pufferverstärker A2 und A3
und der spannungsgesteuerte Verstärker A4 jeweils aus einem anderen Viertelabschnitt
einer integrierten Schaltung bestehen, die beispielsweise unter der marke "NATIONAL"
und der Typenbezeichnung "um3900" im Handel erhältlich ist.
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Der Ausgang kann aber auc zur Steuerung beträchtlicher Stromgrößen
verwendet werden, wenn man ihn beispielsweise an siliziumgesteurte Gleichrichter
anlegt. Es kann also tatsächlich davon ausgegangen werden, da die in Fig. 5 dargestellte
Einrichtung für sämtliche Anwendungsfälle brauchbar ist, bei welchen bisher konventionelle
Spannungsteiler eingesetzt wurden.
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Nach Fig. 5 ist der Ausgang der dargestellten Einrichtung auch an
ein Netzwerk lichtemittierender Dioden 4S a - 48n angeschlossen, welches beispielsweise
unter der marke LITRONIX und der Typenbezeichnung 209 im Handel erhältlich ist,
und welches der Steuereinrichtung 40 in der in Verbindung mit Fig. 4 angegebenen
Weise räumlich zugeordnet ist.
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Fig. 5 zeigt, daß der Ausgang der Steuereinrichtung über jeweils einen
von mehreren Widerständen 74a - 71n und einen jeweils nachgeschalteten Spannungsvergleicher
72a - 72n gesondert zu jeder einzelnen lichtemittierenden Diode geführt ist. Die
einzelnen Spannungsvergleicher 72a - 72n sind dabei über jeweils einen von mehreren
Widerständen 73a - 73n an ein gemeinsames, nicht dargestelltes Netzteil angeschlossen,
wobei jeder der widerstände 73a - 73n einen unterschiedlichen Widerstandswert besitzt
und somit für jede der jeweils zugehörigen lichtemittierenden Dioden eine andere
Vergleichsspannung festlegt. Durch entsprechende Auswahl der Widerstände 73a - 73n
kann das Netzwerk so
angepaßt werden, daß die lichtemittierenden
Dioden 48a - 48n nacheinander durch die zugehörigen Spannungsvergleicher 72a - 75n
eingeschaltet werden, wenn die Ausgangsspannung der Teilereinrichtung von ihrem
Kleinstwert auf ihren Höchstwert ansteigt. Entsprechend werden die lichtemittierenden
Dioden nacheinander ausgeschaltet, wenn die Ausgangsspannung der Teilereinrichtung
von ihrem Höchstwert auf ihren Kleinstwert absinkt. Die Ausgangsspannung, die dadurch
ausgewählt wird, daß ein Punkt auf der Länge des Widerstandselementes 41 mit dem
leitenden Element 42 des Steuerorganes 40 in leitende Verbindung gebracht wird,
führt also zu einer entsprechenden Änderung der Anzahl der aufeinanderfolgenden,
erregten lichtemittierenden Dioden, wodurch eine optische Anzeige der jeweiligen
Einstellung erfolgt, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 4 erläutert wurde.
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Wie ebenfalls oben erwähnt wurde, besitzen sämtliche Kondensatoren
einen bestimmten inneren Widerstand, welcher über eine Zeitspanne zu einem Ladungsverlust
am Kondensator bzw.
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zu einer Entladung gegen Erde führen kann. Durch die Erzeugung einer
Rückkopplungsspannung über den Widerstand 68 wird jedoch die Ladung über einen beträchtlichen
Zeitraum konstant gehalten. Es ist jedoch schwierig, ein genaues Gleichgewicht zwischen
dem Verstärkungsgrad des Verstärkers A3 und den Verlusten des Kondensators C1 vorzusehen
und aufrechtzuerhalten, und selbst dann, wenn ein solches Gleichgewicht
erreicht
wurde, kann dieses während der Lebensdauer der Einrichtung infolge von Mnderungen
der Werte der verschiedenen darin vortesehenen Bauteile verloren gehen.
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Fig. 6 zeigt nunmehr eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher anstelle des Schalters S1, des Kondensators Cl und der Pufferverstärker
gemäß Fig. 5 ein digitaler Spannungsspeicher- und Ausgangskreis vorgesehen ist.
Der in Fig. 6 in Form eines Blockdiagras dargestellte digitale Spannungsspeicher-
und Ausgangskreis kann also anstelle des in Fig. 5 mit der gestrichelten Linie 75
eingerahmten Schaltungsabschnittes eingesetzt werden.
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Nach Fig. 6 kann der in Fig. 5 und 6 mit A bezeichnete Ausgang des
Pufferverstärkers A2 jeweils mit dem negativen Eingang eines von zwei Spannungsvergleichern
A5 und A6 verbunden werden, welche um eine kleine Spannung gegeneinander versetzt
oder verlagert sind, in Fig. 6 als ideale Generatoren El und E2 dargestellt. Ein
herkömmlicher digitaler Taktgeber oder ein Oszillator 76 ist vorgesehen, dessen
Ausgang mit einem Eingang eines herkömmlichen Gatters 77 verbunden ist. Der in Fig.
5 und 6 mit B bezeichnete Ausgang des Spannungsvergleichers A1 ist an den anderen
Eingang des Gatters 77 angeschlossen, und der Ausgang des Gatters 77 ist mit jeweils
einem Eingang je eines Tores 78 und 79 verbunden.
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Der Ausgang des Spannungsvergleichers A6 ist mit dem anderen Eingang
des Gatters 78 verbunden, während der Ausgang des Spannungsvergleichers A5 mit dem
anderen Eingang des Gatters 7 verbunden ist. Der Ausgang des Gatters 78 ist zum
§'Aufwärts-"Anschluß eines üblichen 8-Bit-Aufwärts-Abwärts-Zählers 80 verbunden,
an dessen "Åbwärts"-Anschluß der Ausgang des Gatters 79 angeschlossen ist.
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Die Ausgangsleitungen 61 - 88 des Zählers 80 sind mit einem herkömmlichen
Digital-Analog-Konverter 90 verbunden. Der Ausgang des Digital-Analog-Konverters
90 bildet den Ausgang der Einrichtung und auc den Eingang für die positiven Anschlüsse
der Spannungsvergleicher A5 und A6. Es wird davon ausgegangen, daß der Digital-Analog-Konverter
90 eine bestimmte minimale Ausgangsgröße aufweist, die einer Zählung des 8-Bit-Aufwärts-Abwarts-Zählers
80 entspricht.
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Das Auftreten einer Spannung an den Eingängen A und 8, welches dadurch
erfolgt, daß das Widerstandselement 41 in Berührung mit dem leitenden Element 42
des Steuerorganes 40 in Kontakt gebracht wird, öffnet das Gatter 77, so daß der
Ausgang des Taktgebers 76 auf einen der Eingänge jedes der Gatter 78 und 99 gegeben
wird. Gleichzeitig wird der Spannungseingang A mit dem Spannungsausgang des Digital-Analog-Konverters
90 verglichen. Wenn die Spannung am Eingang A höher ist als die Eingangsspannung
des Digital-Analog-
Konverters 90, gibt der Spannungsvergleicher
Å6 ein Signal auf den anderen Eingang des Gatters 78, so daß dieses Gatter geöffnet
wird und der Ausgang des Taktgebers 76 zum "Aufärts"-Anschluß des 8-Bit-Aufwärts-Abwärts-Zählers
80 durchgeschaltet wird. Der Zähler 80 beginnt dann in Aufwärts-Richtung zu zählen,
wodurch der Ausgang des Digital-Analog-Konverters erhöht wird, bis er gleich der
Eingangsspannung A ist.
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An diesem Punkt ist der Ausgang des Spannungsvergleichers A6 bereit,
abgeschaltet zu werden, und der Spannungsvergleicher A5 ist bereit, ein Ausgangssignal
zu erzeugen.
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Ein Ausgangssignal vom Spannungsvergleicher A5 öffnet das Gatter 79,
so daß der Ausgang des Taktgebers 76 auf den "Abwärts"-Anschluß des 8-Eit-Aufwärts-Abwärts-Zählers
80 durchgeschaltet wird. Wenn also danach eine niedrigere Spannung auf die Eingänge
A und B gegeben wird, zählt der 8-Bit-Aufwärts-Abwärts-Zähler 80 in Abwärtsrichtung,
um ein Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 90 zu erzeugen, welches dieser
geringeren Spannung entspricht. Die durch die idealen Generatoren El und E2 vorgesehene
Verlagerungsspannung kann so eingestellt sein, daß sie der kleinsten geltenden bzw.
kennzeichnenden Ziffer des 8-Bit-Aufwärts-Abwärts-Zählers 80 entspricht.
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Sobald der Finger der Bedienungsperson vom Steuerorgan 40 abgehoben
wird, verschwinden die Spannungen an den Eingängen
A und 8,und
der Zähler 80 bleibt bei einer konstanten Zählung im Bereich einer oder zwei der
kleinsten geltenden Ziffern der Zählung, welche der letzten am Eingang A vorhandenen
Spannung entspricht. Dies führt im Ergebnis wiederum zu einer konstanten Ausgangsspannung
vom Digital-Analog-Konverter 90, welcher für eine konstante Ausgangsspannung der
Einrichtung sorgt, die der letzten am Eingang A vorhandenen Spannung entspricht.
Diese Ausgangsspannung bleibt konstant bis eine neue Spannungseinstellung dadurch
festgelegt wird, daß ein anderer Punkt auf dem Steuerorgan 40 berührt wird, um eine
andere Spannung auf die Eingänge A und B zu geben.
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Der Ausgang des Digital-Analog-Konverters 90 kann auch bei dieser
Ausführungsform der Erfindung an ein Netzwerk von lichtemittierenden Dioden gemäß
Fig. 5 gelegt werden. Wie jedoch in Fig. 7 gezeigt ist, kann die obtische Anzeige
der Einstellung der Vorrichtung vorteilhaft auch in der Weise vorgesehen werden,
daß die Ausgänge 84 - 88 des 8-Bit-Aufwärts-Abwärts-Zählers 80, welche den fünf
größten geltenden Ziffern entsprechen, zu einem herkömmlichen 32-Bit-Dekoder 91
geführt werden. Jeder der 32 Ausgänge des Dekoders 91 ist mit der Basis jeweils
eines von mehreren Transistoren T1 - T32 verbunden. Bei dieser Ausführungsform der
Erfindung liegen sämtliche lichtemittierenden Dioden L1 - L32 in Reihe mit der ersten
lichtemittierenden Diode L1,
die mit dem negativen Anschluß eines
nicht dargestellten netzteils verbunden ist. Die Anode der letzten lichtemittierenden
Diode L32 ist mit dem Kollektor des Transistors T32 verbunden, dessen Basis an den
der höchsten geltenden Ziffer entsprechenden Ausgang des Dekoders 91 angeschlossen
ist. Die Emitter sämtlicher Transistoren T1 - T32 sind parallel an den positiven
Anschluß einer nicht dargestellten Spannungsquelle gelegt. Der Kollektor des Transistors
T1 ist mit der Anode der Diode L1, der Kollektor des Transistors T2 mit der Anode
von L2 verbunden usw. bis zum Transistor T32 und der Diode L32. Bei der in Fig.
7 gezeigten Einrichtung bringt also das Auftreten eines Ausgangssignales an einem
der 32 Ausgänge des Dekoders 91 sämtliche rechts von diesem Ausgang des Dekoders
91 liegenden lichtemittierenden Dioden L1 - L32 zum Aufleuchten.
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Die Anordnung der in Fig. 7 gezeigten lichtemittierenden Dioden L1
- L32 in richtiger Reihenfolge und räumlicher Zuordnung zum Steuerorgan 40 liefert
darnit, wie oben beschrieben, eine optische Anzeige der Einstellung dieses Steuerorganes.
Diese erfindungsgemäße Anordnung der lichtemittierenden Dioden hat den Vorteil einer
Begrenzung des von der Speisequelle zu liefernden Stromes auf den zur Einschaltung
einer einzelnen lichtemittierenden Diode erforderlichen Wert.
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- Ansprüche -