DE2556751C2 - Zeitgeber-Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus. Eine derartige Zeitgeber-Schaltungsanordnung ist aus der GB-PS 8 36 313 bekannt.

Derartige Zeitgeber finden besonders in Automatikschaltungen Anwendung, bei denen zeitabhängige Abläufe gesteuert werden sollen. Dabei ist die Zeit vielfach mit einem Stellglied vorwählbar. Zeitgeber werden zur Steuerung von Lichtanlagen, wie z. B. von Treppenhausbeleuchtung, Hofbeleuchtung, Beleuchtung in Kinderzimmern usw, benötigt. Ferner kann bei Haushaltsgeräten mit Zeitgebern die Back- oder Kochzeit bei Elektroherden bestimmt werden. Außerdem können im Handwerk und in der Industrie Prozeßabläufe zeitlich gesteuert werden. Als zeitbestimmende Elemente findet man meist die Kombination von Kondensator und Widerstand. Durch Veränderung der Kapazität oder des Widerstandes oder durch Veränderung der angelegten Spannung kann die für die CÄ-Schaltung typische Auf- bzw. Entladung eines Kondensators nach einer e-Funktion ausgenutzt werden, um bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes in der nachfolgenden Schaltung einen Schaltvorgang auszulösen.

Es sind bereits monostabile Kippstufen in integrierter Technik als Zeitgeber bekannt (Datenblatt zu TL 74 121 N Telefunken Halbleiter Integrierte Schaltungen TTL-Serie 1973/74 S. 219), bei denen durch äußere Beschallung mit einem Widerstand und einer Kapazität die Ausgangsimpulsdauer festgelegt werden kann. Als nachteilig erweist es sich, daß die erreichbare Zeit nur in Größenordnung von Millisekunden liegt Außerdem ist die Störempfindlichkeit abhängig von dem momentanen Schaltzustand. Selbst Störgrößen, wie z. B. Netzspannungsschwankungen und Störimpulse am Ausgang, die nicht an den Eingang gelangen, können dieses Zeitgiied auslösen. Besonders empfindlich sind hierbei Langzeitglieder bei denen die Kapazität sehr groß ist.

Es ist ferner bereits ein aus einem Zeitgeber und aus einem Schwellwertschalter mit Relaisausgang bestehender Langzeitgeber in integrierter MOS-FET-Schaltung bekannt (DE-Zeitschr. »Elektronik« 1968, H. 12, S. 371 bis 374). Es können hiermit Schaltzeiten bis zu etwa 30 Minuten erreicht werden. Auch hier wird als zeitbestimmendes Element ein KC-Glied verwendet. Diese Schaltung ist aber sehr aufwendig und damit teuer.

Bei einem weiteren bekannten Langzeitgeber besteht der Schwellwertschalter aus einem Schmitt-Trigger, dessen Eingang mit dem Zeitgeber in der Form eines CR-Hochpaßgliedes verbunden ist. Durch ein Potentiometer, das über einen Schalter an Versorgungsspannung anschaltbar ist, kann mittels des Schleifers die Spannung eingestellt werden, auf die der Kondensator aufgeladen werden soll.

Wird der Schalter geöffnet, so entlädt sich der Kondensator nach der bekannten e-Funktion gegen Masse. Wird eine bestimmte Schwellwertspannung erreicht, so schaltet der nachfolgende Schmitt-Trigger um. Mit Hilfe des Potentiometers kann somit die Höhe der Spannung und damit die Zeit eingestellt werden. Will man allerdings lange Zeiten einstellen, so kann man ein Vielfaches der durch die Kapazität und den Widerstand bestimmten Zeitkonstante ausnützen. Da die Entladung des Kondensators unabhängig vom Spannungshub immer gegen Masse erfolgt, wird die Einstellung sehr langer Zeiten, z. B. bis zu einer Stunde, immer ungenauer, da bei Ausnutzung der mehrfachen Zeitkonstante die Steilheit der Entladekurve in dem Punkt, in dem sie die Schwellwertspannung schneidet, immer geringer wird.

Aus der GB-PS 8 36 313 ist eine Zeitgeber-Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein mit einer Röhre aufgebauter Schaltkreis vorhanden ist. Bei Erreichen eines Schwellwertes schaltet der Schaltkreis. Die Eingangsspannung wird durch die Entladung eines in

einer ÄC-Schaltung vorgesehenen Kondensators bestimmt. In der ÄC-Schaltung befindet sich noch ein Potentiometer, dessen Abgriff über einen Entladewiderstand mit dem Kondensator verbunden ist Durch einen geschlossenen Schalter kann der aufgeladene Kondensator nach einer e-Funktion entladen weiden, so daß der Schwellwert erreicht wird. Ist der Schalter geöffnet, so lädt sich der Kondensator wieder auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zeitgeber-Schaltanordnung mit einfachen Bauelementen so aufzubauen, daß über einen weiten Zeitbereich die Einstellung immer mit annähernd der gleichen relativen Genauigkeit erfolgt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß neben der annähernd gleichen relativen Genauigkeit über einen großen Zeitbereich die heißen Punkte der Schaltung nicht herausgeführt zu werden brauchen, so daß die Schaltung durch Vergießen oder ähnliche Maßnahmen leichter gegen klimatische Einflüsse störsicher gemacht werden kann. Außerdem wird, da beide Potentiometer zu einem Tandem-Potentiometer vereint sind, nur ein Einstellelement benötigt. Um die Aufladung des Kondensators zu beschleunigen, ist der Nennwiderstand des ersten Potentiometers kleiner als der des zweiten Potentiometers.

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert Von den Figuren zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Zeitgeber-Schaltungsanordnung,

Fig.2 ein Diagramm des Spannungsverlaufes am Punkt A der Schaltungsanordnung. ■

Die in F i g. 1 dargestellte Zeitgeber-Schaltungsanordnung besteht aus einem Zeitgeber und einem Schwellwertschalter. Der Zeitgeber selbst wird von einem Hochpaßglied gebildet, das aus einer Kapazität 6 und einem Widerstand 7 besteht. Der in F i g. 1 mit C bezeichnete eine Anschluß der Kapazität ist mit dem Schleifer eines zweiten Potentiometers 2 verbunden. Dieses Potentiometer kann zum einen über einen Schalter 1 an Versorgungsspannung gelegt werden, während es zum anderen über einen einstellbaren Trimmer 3 an Massepotential liegt. Der Fußpunkt B des Widerstandes 7 ist mit dem Schleifer eines ersten Potentiometers 5 verbunden. Auch dieses Potentiometer liegt mit einem Anschluß über einen einstellbaren Trimmer 4 an Masse. Der andere Anschluß ist ständig an >o die Versorgungsspannung Ub gelegt. Bei dieser Ausführungsform einer Zeitgeber-Schaltungsanordnung sind beide Potentiometer gegensinnig geschaltet und als Tandem-Potentiometer ausgebildet. E>ies bedeutet, daß mit einer Handhabe beide Schleifer gleichzeitig eingestellt werden können, wobei in dieser Schaltungsweise, bei Betätigung der Schleifer, die abgegriffene Spannung des einen Potentiometers zunimm i, während sie beim anderen entsprechend abnimmt.

Um eine lineare Einteilung der Zeitverstellung zu erhalten, besitzen beide Potentiometer zweckmäßigerweise eine lineare Widerstandskurve. Der Nennwiderstand der Potentiometer ist im Vergleich zum Widerstand 7 klein gewählt, so daß sie bei der Berechnung der Zeitkonstanten für die Entladung des Kondensators vernachlässigt werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden als Werte für den Kondensator 2,2 μΡ und für den Widerstand 7 470 ΜΩ gewählt Damit errechnet sich eine Zeitkonstante von τ = 17 Minuten, die in dem Diagramm der Fig.2 der Zeitachse als Einteilung zugrunde gelegt wurde.

Der Nennwiderstand des zweiten Potentiometers 2 ist im Vergleich zum ersten Potentiometer 5 kleiner gewählt worden, so daß man bei der Aufladung des Kondensators eine möglichst kleine Zeitkonstante erreicht Auf die abgegriffene Spannung wirkt sich dies jedoch nicht aus.

Als Schwellwertschalter wurde bei diesem Ausführungsbeispiel ein Schmitt-Trigger gewählt Die Kopplung zwischen beiden Stufen erfolgt über den Widerstand 10, der mit dem Emitter des zweiten Transistors 14 verbunden ist. Der Kollektor liegt über einen Widerstand 13 an Versorgungsspannung. Über einen Spannungsteiler 11, 12 ist die Basis des Transistors 14 an Massepotential und über einen weiteren Widerstand 9 an Versorgungsspannung gelegt. Zwischen den beiden Widerständen 9, 10 befindet sich ein Feldeffekttransistor 8, dessen Gate mit dem Punkt A des Zeitgebers verbunden ist. Die Wirkungsweise des Schmitt-Trigger kann als bekannt vorausgesetzt werden, so daß sich eine weitere ausführliche Beschreibung erübrigt

Die Wirkungsweise der Zeitgeber-Schaltungsanordnung ist folgende: Ist der Schalter 1 geöffnet, so liegt am Punkt B eine positive Spannung, die von der Höhe der Schleiferstellung am Potentiometer 5 abhängt Da am Gate des Feldeffekttransistors 8 demzufolge kein negatives Potential liegt, befindet er sich im leitenden Zustand, so daß der Transistor 14 gesperrt ist. Da der Widerstand 10 sehr niederohmig ist, liegt der Punkt A der Schaltung nahezu auf Massepotential.

Wird nun der Schalter 1 geschlossen, so wird der Kondensator 6 mit einer Zeitkonstanten, die im wesentlichen von den niederohmigen Widerständen 3, 10 und dem Potentiometer 2 bestimmt wird, nach einer e-Funktion aufgeladen. Der Punkt C der Schaltung nimmt dabei das positive Potential an, das durch die Stellung des Schleifers des zweiten Potentiometers 2 bestimmt wird. Punkt A behält sein Massepotential, während Punkt B das durch den Schleifer des ersten Potentiometers 5 eingestellte Potential aufweist.

Wird nun der Schalter 1 geöffnet, so nimmt Punkt C Massepotential an, während Punkt A um den gleichen. Potentialhub negatives Potential annimmt. Der Feldeffekttransistor 8 wird gesperrt, wodurch der Transistor 14 leitend wird. Punkt B bleibt weiterhin auf dem positiven Potential, das durch die Schleiferstellung des ersten Potentiometers 5 bestimmt ist. Der Kondensator 6 entlädt sich nach einer e-Funktion mit einer Zeitkonstanten, die im wesentlichen durch den höherohmigen Widerstand 7 bestimmt wird. Im Gegensatz zu der bekannten Lösung, bei der die Entladung immer gegen Massepotential erfolgt, erfolgt die Entladung hier gegen das Potential des Punktes B. Dieses Potential wird aber nicht erreicht, denn wenn die Entladungskurve die negative Schwellwertspannung des Feldeffekttransistors 8 erreicht, so wird dieser leitend und der Punkt A wird wieder auf nahezu Massepotential festgehalten. Durch die gegensinnige Schaltung der Potentiometer 2, 5 als Tandem-Potentiometer wird erreicht, daß der Betrag des Anfangspotentials am Punk» A zu Beginn der Entladung des Kondensators 6 bei jeder Stellung der Potentiometer gleich groß ist. Die Entladungskurven werden lediglich, wie Fig. 2 zeigt, parallel verschoben. Die gestrichelten Linien zeigen den Spannungsverlauf, wie er ohne Anschluß an den Schmitt-Trigger gegeben wäre. Damit wird erreicht,

daß die Steilheit der Entladungskurve bei kürzeren Zeiten größer ist und in dem Punkt, in dem sie die Schwellwertspannung schneidet, größer ist, als bei der Schaltung, bei der die Entladung gegen Massepotential erfolgt. Demzufolge kann auch die gewünschte Zeit genauer eingestellt werden und die relative Genauigkeit bezogen auf die eingestellte Zeit ist immer annähernd gleich.

Durch die einstellbaren Trimmer 3, 4 kann die minimal und die maximal wählbare Zeit voreingestellt werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind beide Potentiometer 2, 5 gegensinnig geschaltet. Es wäre auch eine

Ausführung denkbar, bei dem die Potentiometer gleichsinnig geschaltet wären. In diesem Falle wären dann die Beträge der Anfangspotentiale zu Beginn der Entladung nicht gleich, so daß sich in Abhängigkeit von der Beschallung der Zeitgeber-Schaltungsanordnung eine nicht lineare Zeiteinstellung ergeben würde. Dies könnte man dadurch beheben, daß die Mittelanzapfungen der Potentiometer durch schaltungstechnische Maßnahmen auf ein bestimmtes Potential festgelegt würden. Dies würde aber einen größeren Aufwand an Bauelementen gegenüber dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit sich bringen und daher nachteilig sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Zeitgeber-Schaltungsanordnung mit einem bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes schaltenden Schaltkreis (8, 9, 10), einem an einer Versorgungsgleichspannungsquelle liegenden ersten Potentiometer (5), dessen Abgriff Ober einen Entladewiderstand (7) und einen zu diesem in Reihe liegenden Kondensator (6) einerseits über einen weiteren Widerstand an dem einen Pol der Versorgungsgleichspannungsquelle liegt und andererseits über einen Schalter (1) an den anderen Pol der Versorgungsgleichsspannungsquelle schaltbar ist, wobei der Verbindungspunkt (A) von Kondensator (6) und Entladewiderstand (7) mit dem Steuereingang des Schaltkreises (8, 9, 10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Widerstand ein zweites Potentiometer (2) vorgesehen, ist, dessen Abgriff mit dem Kondensator (6) verbunden ist und das zusammen mit dem ersten Potentiometer (5) ein Tandem-Potentiometer bildet, wobei das zweite Potentiometer (2) gegensinnig zum ersten Potentiometer (5) geschaltet ist, derart, daß der Betrag der Anfangspotential-Differenz an den Anschlüssen des Entladewiderstandes (7) zu Beginn der Entladung des Kondensators (6) bei jeder gewählten Stellung des Tandem-Potentiometers (2,

   5) gleich groß ist.

   2. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Potentiometer (5) mit einem ersten Vorwiderstand (4) an der Versorgungsgleichspannung liegt.

   3. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vorwiderstand (4) einstellbar ist.

   4. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Potentiometer (2) mit einem zweiten Vorwiderstand (3) an der Versorgungsgleichspannung liegt.

   5. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorwiderstand (3) einstellbar ist.

   6. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometer (2, 5) einen linearen Widerstandsverlauf aufweisen.

   7. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nennwiderstand des zweiten Potentiometers (2) kleiner ist als der des ersten Potentiometers (5).

   8. Zeitgeber-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeschaltete Schaltkreis (8, 9, 10) eine zweite zur Aufladung des Kondensators (6) dienende niederohmige Schwelle aufweist.