DE2627132C2 - Elektronischer Zeitschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Zeitschalter mit einem Miller-Integrator, der einen Verstärker und einen Kondensator enthält, einem ersten, zwischen einer Stromzufuhrleitung und dem Steuereingang des Integrators liegenden, eine erste Diode enthaltenden ohmschen ersten Schaltkreis zur Bestimmung der Entladungszeitkonstante des Kondensators, einem zweiten ohmschen Schaltkreis, der mit dem Steuereingang des Integrators verbunden ist und dessen anderes Ende an die Masse schaltbar ist, wobei der zweite Schaltkreis die Ladungszeitkonstante des Kondensators bestimmt, und einer Schall-Eingangsklemme, die den Eingang des Zeitschalters bildet und mit dem an Masse schaltbaren Ende des zweiten Schaltkreises verbunden ist.

Ein derartiger elektronischer Zeitschalter, der eine Integrationsschaltung mit einer vom Ausgang auf den Steucreingang geschalteten Kapazität enthält, ist durch die DE-AS 11 83 577 bekanntgeworden.

Durch Markus J., Electronic Circuits Manual, 1971, Seite 866, ist die Schaltung eines einstellbaren Zeitschalters hoher Genauigkeit bekanntgeworden, bei dem als eigentliches zeitbestimmendes Glied ein Miller-Integrator mit direkt zwischen Steuereingangsklemme und Ausgangsklemme eines integrierten Schaltkreises geschaltetem Kondensator vorgesehen ist. Ein Zeitschalter, der einem mit Miller-Integrator zur Erzielung konstanter Verzögerungszeiten arbeitet, ist aus Elektronik 1965, Heft 7, Seiten 193-195 bekannt.

Ferner ist aus der US-PS 38 89 197 ein Zeitschalter bekannt, der durch kurzzeitige Unterbrechungen des Eingangssignals verhältnismäßig wenig beeinflußt wird. Die bekannte Anordnung ist zwar verhältnismäßig einfach aufgebaut, gestattet jedoch nicht die Betätigung eines Steuerschalters nach Ablauf der Verzögerung in der einen oder anderen vorgegebenen Richtung und ist ferner nicht mit einer elektronischen Ausgangskiemine versehen, mittels welcher eine Steuerung weiterer Zeitschalter möglich würde. Darüber hinaus ist die bekannte Anordnung nur auf den Schutz gegen kurzzeitige Unterbrechungen des Eingangssignals und nicht gegen den Schutz von .Störimpulsen schlechthin abgestellt.

Parallel init der Entwicklung der Automatisierung sind gebrauchliche Variationen der Zeitschalter in größerer Anzahl vorgeschlagen worden. Die immer höheren A.nsprüche verlangen nämlich neben der Grundfunktion, d. h. der betriebssicheren Realisation der Verzögerung, zahlreiche zusätzliche Anforderungen, für de-

ren Erfüllung die Schaffung immer vollkommenerer Schaltkreise erforderlich geworden ist

Die erwähnten zusätzlichen Forderungen werden weiter unten — ohne Anspruch auf Vollständigkeit — näher erläutert.

Zeitschalter werden im allgemeinen über Nachrichicnübertragungslciiungcn auf große Entfernungen gesteuert. Infolge äußerer, störender elektrischer Felder und sonstiger zufälliger, dem Fachmann bekannter Ereignisse werden dem Nutz-Steuersignal störende Fehlersignale überlagert, die im Betrieb der betreffenden Stromkreise Störungen hervorrufen.

Die Verzögerung wird allgemein von dem Moment des Schließens oder öffnens eines gegebenen Steuerschalters an gerechnet. Bei zahlreichen bekannten Stromkreisen kann sich nach Ablauf der Verzögerungszeit der Wert des an dem Ausgang erscheinenden Ausgangssignals innerhalb eines gegebenen Intervalls, z. B. in Abhängigkeit von der Temperatur oder sonstiger äußerer Umstände, frei ändern, jedoch ist bu der Betätigung eines Relais das Anziehen oder Abfallen desselben im gegebenen Zeitpunkt keineswegs sichergestellt.

In automatischen Systemen besteht oft die Notwendigkeit, daß die einzelnen Verzögerungsstromkreise in Kette geschaltet werden können, d. h., daß mit dem verzögerten Signal des einen Verzögerungsstromkreises ein anderer Verzögerungsstromkreis erforderlich werden kann. Bei den in Kette geschalteten Systemen wird die Eintrittsunsicherheit, des letzten verzögerten Signals durch die Summe der Einzelunsicherheiten der Teilstromkreise bestimmt; um diese Summe auf ein Minimum herabsetzen zu können, sind die Stromkreisplaner bestrebt, solche Verzögerungskrelse zu schaffen, die möglichst definierte und steilste Ausgangssignale aufweisen.

Es sind recht viele Anwendungsgebiete bekannt, bei denen eine Verzögerung in zwei Richtungen erforderlich ist und bei denen dem Schließen des Steuerschalters nach Ablauf der Verzögerungszeit eine Pegeländerung vorgegebenen Charakters, dem öffnen jedoch nach Ablauf einer zweiten Verzögerungszeit eine, dem vorgegebenen Charakter entgegengesetzte oder damit übereinstimmende Pegeländerung folgen muß. Um diese Forderungen befriedigen zu können, werden je Steuerschalter Dreikontakt-Wechseldrehschalter angewendet, wobei die zwei verschiedenen Verzögerungszeiten unter Zuhilfenahme zwei, voneinander unabhängiger einwegiger Verzögerungsstromkreise verwirklicht werden. In der Praxis besteht oft die Notwendigkeit, das öffnen und Schließen eines einzigen Doppelkontaktes mit zwei verschiedenen Verzögerungszeiten erfolgen zu lassen.

Bisher steht noch kein derartiger elektronischer Zeitschalter zur Verfügung, der die oben beschriebenen Forderungen in einfacher Weise und restlos befriedigen kann.

In der DE-OS 17 62 167 ist ein Stromkreis von recht einfachem Aufbau, geeignet für eine Verzögerung in einer Richtung, beschrieben. Im wesentlichen besteht der Stromkreis aus einem, in den Basisstromkreis eines Transistors eingeschalteten Integrierglied RC, wobei an dem Kollektorstromkreis des Transistors ein Relais angeschlossen ist. Die in dem Emitterkreis eingeschaltete Zenerdiode hält die Spannung des Transistors auf einem gegebenen Pegel. Nach erfolgtem Einschalten des Steuerschalters wird der Kondensator C mit einer bestimmten Zeitkonstanten, nach einer Exponentialfunktion aufgeladen, wobei die Basisspannung langsam niedriger wird. Nach einer gewissen Zeitperiode nähert sich die Basisspannung des Transistors dem Schwellpegel, wonach sich der Kollektorstrom im Verhältnis zu der Basisspannungsabnahme ebenfalls vermindert. Das Relais fäilt ab. wenn der Kollektorstrom den Haltestrom unlerschreitet. Der Haltestromwert des Relais ändert sich auch bei einem gegebenen Typ innerhalb verhältnismäßig breiter Toleranzgrenzen und auch die Kollektor-Stromabnahme findet verhältnismäßig langsam, also nicht mit der Kippbewegung statt, daher kann der Abiallzeitpunkt des Relais vorher nicht genau bestimmt werden, wobei der Wert infolge der Temperaturabhängigkeit des Transistors auch von der Außentemperatur abhängt.

Ein weiterer Nachteil des genannten Stromkreises besteht darin, daß die Störsignale sich direkt der Basis anschließen und ihre momentanen Werte eine vorzeitige Schaltung verursachen können.

In der DE-OS 19 23 895 ist ein, mit einem Schmitt-Trigger versehener Verzögerungsstromkreis mit einer Kippstufe beschrieben. Die Störempfindlichkeit dieses Stromkreises ist recht groß; bekanntermaßen weisen die Schmitt-Trigger in dem gegebenen Intervall eine Hysterese auf, wobei der Schaltpegel auch stark temperaturabhängig ist. Bei der beschriebenen Schaltung ist das Integrierglied ftCfür die Erzeugung eines sich linear erhöhenden Spannungszustandes nicht geeignet; infolge des exponentialen Charakters nimmt nämlich die Steilheit der integrierten Spannung mit zunehmender Verzögerungszeit immer mehr ab, wodurch wiederum die Einschaltunsicherheit erhöht wird. Der Stromkreis ist für eine Folgeschaltung ungeeignet.

In der DE-OS 16 H 530 ist ein Verzögerungsstronv kreis, dessen Kompliziertheit diejenige des yorher erwähnten weit übertrifft, beschrieben. Der Vergleich findet auch hier in einem Basiskreis statt, bei dem die Verzögerung durch ein Integrierglied RC derart erfolgt, daß eine zeitlich abnehmende Steilheit beobachtet werden kann. Daher ist die Genauigkeit bei unterschiedlichen Verzögerungszeiten verschieden. In Fig. 2 der genannten Offenlegungsschrift ist die auf den Betrieb ausgeübte Wirkung der Störimpulse beschrieben; im wesentlichen ist diese Wirkung bei allen vorher geschilderten Stromkreisen gleich.

Später wird darauf hingewiesen, daß bei derartigen Stromkreisen Störsignale nicht nur dann eine Wirkung ausüben, wenn tatsächlich eine Überlagerung am Eingangssteuersignal erfolgt. Da infolge der Änderung des Zustandes des Integriergliedes Impulse nicht vorhanden sind und der ursprüngliche Zustand des Stromkreises nicht wiederhergestellt werden karm, wird infolge der dem Aufhören der Störimpulse folgenden Steuerung die Verzögerungszeit einen ungenauen Wert aufweisen.

Die in Fig. 2 der bereits zitierten DE-OS J6 14 530 dargestellte Zeitfunktion mit der Bezeichnung A zeigt das an dem Ausgang des Integriergliedes erscheinende Analogsignal, woraus ersichtlich ist, daß der Anstieg und Abfall der Impulse gemäß einer Exponentialfunktion gleicher Zeitkonstante erfolgt. Dabei wird ein Eingangssteuersigna! von Störsignalen überlagert. Es ist ersichtlieh, daß, nachdem ein Störimpuls beendet ist, die Spannung des Integriergliedes RC erst nach Ablauf einer gegebenen Zeit den stabilen Zustand erreicht, wobei dies von der Dauer des Störimpulses d abhängig ist. Die Vcrzögcrungszeit hat sich in Abhängigkeit von der μ Dauer genannter Übergangskomponenten geändert; somit hängt die Verzögerungszeit des Stromkreises weiterhin, auch nach dem Ablauf des Störimpulses, von der Breite des Impulses ab.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen elektronischen Zeilschalter für die verzögerte Durchschaltung einer Flanke zu schaffen, der die vorausgehend gestellten Forderungen bezüglich einer wählbaren Verzögerung in einer oder zwei Richtungen unabhängig voneinander restlos befriedigt, bei dem die Genauigkeit der Verzögerung vom Wert der Verzögerungszeit unabhängig ist, dessen Schul/ gegen Störimpulse den bekannter Stromkreise übertrifft und bei welchem der Stromkreis nach Aufhören der Störimpulse sofort in seinen Basiszusland derart zurückkehrt, daß die Störsignale keine Nachwirkung auszuüben imstande sind.

Diese Aufgabe wird bei dem elektronischen Zeitschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Klemme einer Zencrdiode mit der Ausgangsklemme des Miller-Iniegrators verbunden ist, daß die andere Klemme der Zenerdiode mit der Basis eines Schalttransistors verbunden ist, wobei der Schalttransistor zwischen Masse und der Stromzufuhrleitung liegt und der Betriebszustand desselben vom Wert der Spannung an der Ausgangsklemme des Miller-Integrators unter oder über einem vorgegebenen Bezugswert abhängt, der zweite Schaltkreis eine zweite Diode und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand enthält, bei dem die Schälteingangsklemme über einen Widerstand mit einem Teil der Speisespannung versorgt wird, und daß ein mit dem Steuereingang des Miller-Integrators verbundenes und durch das Ansprechen des Schalttransistors aktiviertes Schaltungselement mittels Nebenschluß zu einem Widerstand des jeweiligen ersten bzw. zweiten Schallkreises zur erheblichen Verringerung der Zeitkonstante dient, die durch den ersten oder zweiten Schaltkreis bestimmt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der erste ohmsche Schaltkreis zwei Widerstände, ein Potentiometer und die erste Diode in Reihe zueinander auf. wobei die erste und die zweite Diode im entgegengesetzten Sinne mit dem Steuereingang des Miller-Integrators verbunden sind, weiterhin eine zweite Zenerdiode zwischen der Verbindung der beiden Widerstände und einem Punkt zwischen dem Schalttransistor und der Stromzufuhrleitung liegt, während das Schaltungselement des ersten Schakkreises aus einer dritten Zenerdiode parallel zum Potentiometer besteht.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Schaltungselement des zweiten Schaltkreises aus einem weiteren Widerstand und einer dritten Diode, die in Reihe zwischen dem Kollektor des Schalttransistors und dem Steuercingang des Miller-Integrators liegen und das bei leitendem Transistor im Nebenschluß zum Widerstand liegt, die dritte Diode und die erste Diode sind im entgegengesetzten Sinne mit dem Steuereingang des Miller-Integrators verbunden, eine vierte Diode liegt zwischen der Schalt-Eingangsklemme und dem Verbindungspunkt zwischen dem weiteren Widerstand und der dritten Diode, die dritte und vierte Diode sind mit gleichen Klemmen miteinander verbunden und eine fünfte Diode liegt direkt oder über einem Widerstand zwischen der Schalt-Eingangsklemme und derjenigen Klemme der ersten Diode, die an die Siromzufuhrleitung angeschlossen ist, und der Widerstand des zweiten Stromkreises enthält ein Potentiometer.

Die fünfte Diode ist zweckmäßig über das Potentiometer des ersten Schaltkreises mit der ersten Diode verbunden.

Als Folge der Anordnung des im Nebenschluß liegenden Schaltelements erfolgt die Erholung des Zeitschalters bei cingangsseitigen Störimpulsen sehr schnell und solche Störimpulse haben keinen Einfluß auf die Ladung des Kondensators.

Bei dem erfindungsgemäßen Zeitschalter findet dabei die Einstellung mit einer, sich nicht exponential, sondern linear erhöhenden Spannung statt, die die Genauigkeit der Ver/.ögcrungszeit von deren Dauer unabhängig macht.

Der Vergleich erfolgt anstatt im Eingangsbasiskreis im Kollektorkreis des Operationsverstärkers, wodurch sich die .Störempfindlichkeit entsprechend dem Verhältnis der Kollektor- und Basisspannungen vermindert. Der Wert der Verminderung kann das Fünf- bis Zehnfache betragen.

Nach dem Ablauf der Störimpulse kehrt der Strom mit einer recht niedrigen Zeitkonstanie in den Ausgangszustand zurück, so daß Nachwirkungen nicht ausgeübt werden.

Vorteilhaft ist der Kollektorkreis des Schalttransistors als ein elektronischer Ausgang herausgeführt. Damit ist neben dem zur Betätigung eines Relais dienenden Ausgang in dem Zeitschalter ein elektronischer Ausgang vorhanden, der für die Steuerung weiterer ähnlicher Zeitschalter geeignet ist; entsprechend können die Zeitschalter in Folge geschaltet werden.

Der rückgekoppelte Verstärker und der innerhalb des Kollektorkrcises erfolgende Vergleich sichert auch hinsichtlich der Temperaturstabilität günstige Eigenschaften.

Schließlich soll bemerkt werden, daß, wenn nach dem Ablauf der Verzögerungszeit sich der das Relais betätigende Strom mit höchster Steilheit ändert, so ruft die bei dem Anziehstrom des Relais auftretende Unsicherheit zeitlich keine Unsicherheiten hervor.

3^ri Die weiteren vorteilhaften Eigenschaften sowie der ausführliche Betrieb des erfindungsgemäßen Zeitschalters werden anhand einiger konkreter Ausführungsbeispielc mit Hilfe der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines für eine Verzögerung in einer Richtung, nämlich einer steigenden Flanke, geeigneten Ausführungsbeispiels des elektronischen Zeitschalters,

F i g. 2 das Schaltbild einer anderen, für eine Verzögerung in einer Richtung, nämlich einer fallenden Flanke, geeigneten Variante des Zeitschalters,

Fig. 3 das Schaltbild der für eine Verzögerung in zwei Richtungen, nämlich einer steigenden und fallenden Flanke, geeigneten Variante des Zeitschalters,

Fig. 4 das charakteristische Impuls-Zeitdiagramm des in F i g. 1 dargestellten Zeitschalters.

Fig. 5 das charakteristische lmpuis-Zeitdiagramm des Zeitschalters nach F i g. 2, und

F i g. 6 das charakteristische Impuls-Zeitdiagramm des Zeitschalters nach F i g. 3.

In F i g. 1 ist die für die Verzögerung in einer Richtung geeignete Variante des erfindungsgemäßen Zeitschalters veranschaulicht, bei der in dem geschlossenen Grundzustand des Steuerschalters K das an dem Ausgang des Zeitschalters angeschlossene Relais sich in einem abgefallenen Zustand befindet und die an dem elektronischen Ausgangspunkt F des Zeitschalters gemessene Spannung gleich Null ist. Nach dem Ablauf der dem öffnen des Steuerschalters K folgenden Anzieh-

b^r> dauer Tm zieht das Relais / an und an dem elektronischen Ausgangspunkt F erscheint stoßartig eine Speisespannung.

Im wesentlichen besteht der Zeitschalter aus einem

Basisstromkreis und der daran sich anschließenden ersten Stromkreisgruppe. Es wird bemerkt, daß der Basissiromkreis bei allen drei Ausführungsbeispielen der Erfindung im wesentlichen gleich ist.

Der Basisstromkreis ist aus den nachfolgend aufgeführten Stromkreiselementen aufgebaut: Operationsverstärker £, der /weckmäßig Transistoren in Darlington-Schaltung aufweist,
Rückkopplungskondensalor C, der zwischen den Ausgangs- und Eingangsklemmen des Operationsverstärkers eingeschaltet ist und dadurch als eine Integrierstufe des Operationsverstärkers funktioniert, ein zwischen der Leitung Ur der Speisespannung und dem Eingangsanschluß des Operationsverstärkers E in Reihe geschalteter Stromkreis, der durch die Widerstände R 5 und/oder R 6 und die Diode 4 gebildet ist, eine Diode 5, die zwischen dem Steuerschalter K und dem Eingang des Operationsverstärkers £ geschaltet ist, eine Zenerdiode Z 3, die am Ausgang des Operationsverstärkers E liegt und deren anderer Anschluß an der Basis des Schalttransistors Tr erfolgt, wo der Kollektor des Schalttransistors Tr über den Widerstand R 2 an die Leitung ί/rder Stromversorgung angeschlossen ist, wobei schließlich noch ein Relais / angeschlossen werden kann, welches zweckmäßig zwischen der Leitung Ur und dem Ausgangspunkt A des Operationsverstärkers Eeingeschaltet ist.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Zeitschalter wird der Basisstromkreis mit der eisten Stromkreisgruppe ergänzt.

Zwischen dem Widerstand R 6 des Basisstromkreises und der Leitung iirder Stromversorgung ist der Widerstand R 5 eingeschaltet, des weiteren ist zwischen dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R 5 und R 6 und dem Kollektor des Schalttransistors Tr eine Zenerdiode Z1 eingeschaltet. Das andere Anschlußende des Widerstandes Λ6 schließt sich über dem Potentiometer Pl der Diode D 4 an, wobei mit dem Potentiometer P1 die Zenerdiode Z 2 parallel geschaltet ist; zwischen der Diode D 5 und dem Steuerschalter K ist weiter der Widerstand R 10 angeordnet, dessen Ohmwert mindestens um eine Größenordnung kleiner ist, als der niedrigste Widerstand des aus den Widerständen R5.R6 und dem Potentiometer P 1 gebildeten Reihenglieds.

Der beschrieben ausgestaltete Zeitschalter weist einen Ausgang F und einen das Relais / betätigenden Ausgang auf.

In F i g. 2 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Zeitschalters dargestellt, die beim Schließen des Steuerschalters K das Relais / um die Abfallzeit Te verzögert, abfallen läßt. Im Grundzustand (Basiszustand) ist daher der Schalter K geöffnet, das Relass J befindet sich in einem angezogenen Zustand und der Zeitschalter nimmt eine für die Verzögerung in einer Richtung geeignete Stellung auf.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zeitschalters wird anhand der F i g. 4 bis 6 beschrieben.

Es wird Bezug auf F i g. 4 genommen, in der das charakteristische Impuls-Zeitdiagramm des für eine Verzögerung in einer Richtung geeigneten Zeitschalters nach F i g. 1 dargestellt ist. Bei den in F i g. 1 angeführten Polaritäten wird an die Leitung Ur eine positive Speisespannung gelegt, der Steuerschalter K ist in seinem Ruhezustand geschlossen, d. h, am Punkt B Erdpotential liegt. Die in Fig.4 dargestellten drei Zeitdiagramme veranschaulichen den zeltlichen Ablauf der in den Punkten B, A und Fmeßbaren Spannung Ub, Ua und Ui-.

Im Grundzustand ist im Punkt B Erdpotential vorhanden, die Diode D 5 geöffnet durch den Widerstand R 10 und der Operationsverstärker E befindet sich in einem geschlossenen Zustand; an dem Ausgang A herrscht eine der Speisespannung gleichwertige Spannung, das Relais / befindet sich in einem abgefallenen Zustand. Dem Eingang des Operationsverstärkers E fließt über die Widerstände R5,R6 sowohl dem Potentiometer P1 und der Diode D4 Strom in positiver Richtung zu; jedoch wird an diesem Eingang die Spannung nicht we·

ίο sentlich beeinflußt, da der Widerstand R 10 viel kleiner ist als der Widerstand des anderen Zweiges; daher ist im wesentlichen die Eingangsspannung des Operationsverstärkers Egleich Null.
An dem Ausgang A herrscht also eine positive Speisespannung, welche die Schwellenspannung Uz der Zenerdiode Z 3 überschreitet, so daß über die Zenerdiode Z3 und den Widerstand Rl Strom gegen die Basis des Schalttransistors Tr zufließt. Der Transistor befindet sich in einem offenen Zustand, so daß an dem elektronisehen Ausgang F im wesentlichen Erdpotential gemessen wird.

Es wird angenommen, daß trotz des geerdeten Zustandes des Steuerschalters K in dem Zeitpunkt f 1 ein Störimpuls an dem Eingang B ankommt, der bis zum Zeitpunkt ti dauert. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die Amplitude dieses Störimpulses mit dem Wert der Speisespannung übereinstimmt (übrigens ist dies der ungünstigste Fall). Mit Hinblick darauf, daß das Erdpotential von dem Eingang B abgeschaltet wird, schaltet die Diode D 5 ab. Der Operationsverstärker E erhält sowohl über das Potentiomeier P1 und die Diode D 4 als auch die Widerstände R 5. R 6 eine Steuerung in leitendem Sinne, so daß aufgrund des Rückkopplungskondensators C die Spannung am Ausgang A linear abnimmt.

Die Geschwindigkeit der Spannungsabnahme wird im wesentlichen sowohl durch den Gesamtwiderstand des aus den Widerständen R 5, R 6 und dem Potentiometer P1 gebildeten Zweiges als auch durch den Kapazitätswerl des Kondensators Cbestimmt.

Der Widerstandswert wird entscheidend durch den Ohmwert des Potentiometers Pl bestimmt; dementsprechend wurde im Diagramm der F i g. 4 die zwischen den Zeitpunkten f 1 und f 2 linear abfallende Spannung mit dem Bezugszeichen P1 versehen, um darauf hinzuweisen, daß die Steilheit dieser Strecke entscheidend durch den Widerstand des Potentiometers P1 bestimmt wird.
Im Zeitpunkt f 2 verschwindet das Störsignal und der

so Punkt B der Schaltung erlangt wieder Erdpotential. Der Operationsverstärker E schaltet wieder über den Widerstand Λ 10 und die Diode D 5 ab, wobei die Geschwindigkeit des Abschaltens durch den Ohmwert des Widerstandes R 10 bestimmt wird. Im Hinblick darauf, daß dieser Widerstandswert wesentÜQh kleiner als der Widerstand des Potentiometers Pl ist, stellt sich der ursprüngliche Spannungswert nach dem Eintreffen des Störimpulses wieder ein. Dieser Rijckkehrbereich im Spannungsverlauf ist in F i g. 4 mit R 10 bezeichnet Es ist ersichtlich, daß der. Störimpuls an dem elektronischen Ausgang keinerlei Signal hervorgerufen hat.

Im Zeitpunkt 13 wird der Steuerschalter K geöffnet, wodurch an den Punkt B über d.en Widerstand R 2 positive Speisespannung gelegt wird; die Diode DS schaltet ab, wonach der Operationsverstärker Eüber das Potentiometer P1 mittels einer in der beschriebenen Weise linear abnehmenden Kollektorspannung leitend wird. Die Zeitkonstante der Abnahme wird Im wesentlichen

durch den Widerstand des Potentiometers P1 bestimmt. Im Augenblick, da am Ausgang der Spannungsweri mit der Schwellenspannung (7/der Zenerdiode Z3 übereinstimmt, oder diese unterschreitet, hört der Steuerstrom des Schalttransistors Tr auf, so daß an dessen Kollektor, ■> also an dem elektronischen Ausgangspunkt F, plötzlich eine positive Spannung auftritt. Dieser Zustand tritt in dem in F i g. 4 dargestellten Zeitpunkt 14 ein. Die Zenerdiode Z1, an deren Anode am Punkt Fbisher Erdpotential bestanden hatte und an deren Kathode eine, die Spannung der Leitung Uj unterschreitende Zenerspannung vorhanden ist, sperrt im Zeitpunkt / 4, wodurch die Spannung des Verbindungspunkles der Widerstände R 5, R 6 plötzlich auf die Speisespannung erhöht wird. Die Zenerdiode Z 2, die infolge der bei der vorherigen Einstellung verminderten Spannung sperrte, leitet nun und shuniei das Potentiometer FX. Die Steuerung des Operationsverstärkers E wird jetzt nicht durch den hohen Ohmwert des Potentiometers Pl, sondern durch den verhältnismäßig niedrigen Differentialwiderstand der Zenerdiode Z 2 und den Gesamtwert der Widerstände R 5 und R 6 bestimmt. Jetzt wird die Entladung beendet, der Operationsverstärker leitet völlig, wobei εη dem Ausgang F die Speisespannung auftritt; diese Strecke der Spannung Ua wurde mit den Bezugszeichen Z2, R 5, R 6 versehen, als Hinweis dafür, welche der Stromkreiselemente die Steilheit des Signalanlaufes bestimmen. Die Periode, die von dem Zeitpunkt 13 bis zum Zeitpunkt f 4 abläuft, wird als Anziehverzögerungszeit standswert den Widerstand Rf> um mehrere Größenordnungen überschreitet, Strom zum Eingang des Operationsverstärkers £', der den Operationsverstärker abschaltet. Dabei findet eine lineare Erhöhung der Spannung am Ausgangspunkt A statt, wobei die Zeitkonstante des Spannungsanstiegs im wesentlicher] durch den Widerstand des Potentiometers P2 bestimmt wird. Im Zeitpunkt ί 2 hört der Störimpuls auf und im Punkt B tritt wieder eine positive Speisespannung auf. Die Diode D 3 sperrt und auf dem aus dein Widerstand R 6 und der Diode 4 bestehenden Zweig kehrt der Operationsverstärker E in den normalen leitenden Zustand zurück. Dadurch findet eine lineare Erhöhung der Spannung am Ausgangspunkt A statt, wobei die Zeitkonslante der Spannungserhöhung im wesentlichen durch den Widerstand des Potentiometers P2 bestimmt wird. In dem Zeitpunkt (2 hört der Störimpuis au!" und im Punkt B erscheint wieder eine positive Speisespannung. Die Diode D 3 sperrt und auf dem aus dem Widerstand R 6 und der Diode 4 bestehenden Zweig kehrt der Operationsverstärker E mit einer, durch den niedrigohmigen Widerstand /?6 bestimmten Geschwindigkeit sofort in seinen Ausgangszustand zurück; somit übt der Störimpuls keine Nachwirkung aus.

In dem Zeitpunkt f8 wird der Steuerschalter K geschlossen, an dem Ausgangspunkt A des Operationsverstärkers Esteigt die Spannung mit einer durch das Potentiometer P2 bestimmten Steilheit in der vorher beschriebenen Weise linear an. Im Zeitpunkt /9 erreicht

Tm des Zeitschalters bezeichnet. Das Relais / ist so 30 die sich erhöhende Spannung den Wert der Zenerspandimensioniert, daß wenn am Ausgang A eine Spannung nung Uy, infolge der erhöhten Spannung öffnen sofort

U\ herrscht, das Anziehen mit voller Sicherheit erfolgt, wobei das Relais nach dem Ablauf der dem Zeitpunkt 14 folgenden, recht kurzen Zeit angezogen ist.

Der beschriebene Zustand wird bis zur Beendigung des offenen Zustands des Steuerschalters K, d. h. bis zum Zeitpunkt f5 aufrechtgehalten. Im Zeitpunkt i5 wird am Punkt B wieder Erdpotential angelegt, wobei der Operationsverstärker E in der bereits beschriebenen Weise, über die Diode 5 und den Widerstand R 10 wieder sperrt. Im Laufe des Sperrvorgangs, wenn die Spannung des Punktes A die Zenerspanniing U/ erreicht, wird die Zenerdiode Z3 leitend, wodurch am elektronischen Ausgangspunkt Fwiederholt Erdpotential derart auftritt, daß der Stromkreis in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.

Es ist ersichtlich, daß nach dem Ablauf des Störimpuises der Stromkreis sofort in seinen Grundzustand zurückkehrt und der Störimpuls keine Nachwirkung auszuüben imstande ist.

Die Funktion des Zeitschalters nach F i g. 2 wird mit den gleichen Bezeichnungen wie in F i g. 4 anhand des Spannungs-Zeitfiiagramms in F i g. 5 beschrieben.

Im Grundzustand ist der Steuerschalter K geöffnet, die Zenerdiode Z3 und der Schaltlransistor Tr, wobei der Punkt F auf Erdpotential geschaltet wird. Vom Punkt F aus gelangt Erdpotential über die Diode D 2 und den Widerstand R 4 an den Eingang des Operationsverstärkers E, wodurch dieser sofort abschaltet.

Der Abschaltzeitpunkt wird im wesentlichen durch den Widerstand R 4 bestimmt, der einen niedrigeren Widerstand als das Potentiometer P2 aufweist.

Das Relais / ist derart dimensioniert, daß es spätestens beim Erreichen des Punktes U: abfällt. Aufgrund des, vom Zeilpunkt f 9 berechneten, steilen Signalanlaufes findet das Abfallen des Relais fast ohne jegliche Verzögerung im Zeitpunkt 19 statt.

Bei dem Zeitschalter ist eine Abfallvcrzögerungszeit Te vorhanden, die durch die zwischen den Zeitpunkten 18 und 19 abgelaufene Zeitperiode bestimmt wird.

Im Zeitpunkt l 10 wird die Spannung des Punktes B infolge des öffnens des Steuerschalters K wieder positiv.

Aufgrund der von der Diode D 1 kommenden positiven Spannung sperrt die Diode D 2, wobei die positive Spannung des Punktes B auch die Diode D 5 sperrt. Der Eingang des Operationsverstärkers E enthält über den

so daß im Punkt B eine positive Speisespannung vor- 55 Widerstand R 6 und die Diode D 4 eine positive Spanhanden und der Operationsverstärker E ebenfalls lei- nung, aufgrund deren das Öffnen mit einer, durch den

tend ist und seine Ausgangsspannung gleich Null ist Die Zenerdiode Z3 und der Schalttransistor Tr befinden sich ebenfalls in einem Sperrzustand, wobei an dem elektronischen Ausgangspunkt F eine positive Speisespannung gemessen werden kann.

Wird angenommen, daß im Zeitpunkt 16 ein Störimpuls zustandekommt, der bis zum Zeitpunkt / 7 dauert, während die Spannung am Punkt B auf Null gesunken ist, so öffnet die Diode D 3 und legt an die Anode der Diode D 4 Erdpotential, wodurch die Diode D 4 sperrt Aus Richtung des Punktes B fließt über die stromleitende Diode D 5 und das Potentiometer P 2. dessen WiderWiderstand R 6 bestimmten Geschwindigkeit vor sich geht; während des Öffnens sinkt die Spannung des Punktes A unter die Zenerspannung Uz, wodurch die Zenerdiode Z 3 und der Schalttransistor Tr sperrt und am elektronischen Ausgangspunkt F die Speisespannung auftritt. Auch bei dieser Lösung ist es offensichtlich, daß der Störimpuls weder die Spannung des elektronischen Ausgangspunktes F noch den Zustand des Relais/beeinflußt.

Der Zeitschalter nach F i g. 3 verfügt über eine Verzögerung in zwei Richtungen, d. h. für die steigende und fallende Flanke, wobei nach dem Ablauf der dem Öffnen

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des Steuerschalters K folgenden Anziehverzögerungszeit Tm das Relais anzieht; nach dem Ablauf der dem Schließen des Steuerschalters K folgenden Abfallsverzögerungszeit fällt das Relais ab. Die Verzögerungszciten Tm und Tc können voneinander unabhängig eingestellt weiden, wobei die Anzichvcr/.ögening durch die momentane Einstellung des Potentiometers P 1, die Abfallverzögerung durch die momentane Einstellung des Potentiometers P2 bestimmt wird.

In dem Zeitdiagramm der Spannung Ua (F i g. 6) sind n^ben jedem einzelnen Spannungsanlauf und -ablauf die Bezugszeichen jener Stromkreiselemente eingezeichnet, die in dem gegebenen Bereich die Steilheit entscheidend beeinflussen.

Es ist ersichtlich, daß weder der Störimpuls / 1, noch der zwischen den Zeitpunkten ί 13 und 114 eintreffende Störimpuls /3 eine Wirkung auf die Funktion ausübt. Trotzdem der Zeitpunkt 114 dem Zeitpunkt f 20 recht naheist, kann der Stromimpuls/3, der im Zeilpunkt f 14 aufhört, die vom Zeitpunkt (20 des Aufhörens des Impulses 12 an berechnete Abfallverzögerungvzeit nicht beeinflussen; bei jeder der bekannten Lösungen wäre dieser Störeffekt unvermeidbar gewesen.

Das Abfallen und Anziehen des Relais / fällt (führt) immer zu einer äußerst plötzlichen Zeitabschnittsänderung der Spannung am Ausgangspunkt A, so übt die bei Anziehspannung oder -strom auftretende Parameterstreuung kaum eine zeitliche Wirkung aus.

Im Hinblick auf die Kompliziertheit der Konstruktion des in F i g. 3 gezeigten Zeitschalters besteht verglichen mit dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Zeitschalter nur ein geringer Unterschied, wogegen seine Leistung das Vielfache der vorher beschriebenen Anordnungen erreicht.

Am elektronischen Ausgangspunkt F treten ideale Impulsspannungen auf, die für die Steuerung weiterer Zeitschalter ohne jegliche Umgestaltung geeignet sind.

Die Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Zeitschalters wird weilgehend durch die Tatsache erweitert, daß an einem einzigen Steuerschalter K mehrere, voneinander unabhängige Zeitschalter angeschlossen werden können, die über individuell eingestellte, verschiedene Verzögerungszeiten Te und Tm verfügen. Im Hinblick darauf, daß jeder Zeitschalter einen für die Steuerung eines weiteren Zeitschalters oder sonstiger Stromkreise geeigneten, elektronischen Ausgangspunkt F aufweist, können die einzelnen Relais / weggelassen werden; im Bedarfsfall besteht auch die Möglichkeit, an einem Zeitschalter mehrere Relais anzuschließen, wobei die Einstellzeit der einzelnen Relais infolge der jeweils steilen Signaländerung gleich sein wird·

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Die Erfindung betrifft einen elektronischen Zeitschalter mit einem Miller-Integrator, der einen Verstärker und einen Kondensator (C) enthält einem ersten, zwischen einer Stromzufuhrleiiung (Ut) und dem Steuereingang des Integrators liegenden, eine erste Diode (Dt) enthaltenden ohmschen ersten Schaltkreis (Rs, Rb. Pu D*) zur Bestimmung der Entladungszeitkonstante des Kondensators (C), einem zweiten ohmschen Schaltkreis (Ri₀, D₅; P₂, D₅), der mit dem Steuereingang des Integrators verbunden ist und dessen anderes Ende an die Masse schaltbar ist, wobei der zweite Schaltkreis die Ladungszeitkonstante des Kondensators (C) bestimmt, und einer Schalt-Eingangsklemme (B), Jie den Eingang des Zeitschalters bildet und mit dem an Masse schaltbaren Ende des zweiten Schaltkreises verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme einer Zenerdiode (Zi) mit der Ausgangsklemme des Miller-Integrators verbunden ist. daß die andere Klemme der Zenerdiode (Zi) mit der Basis eines Schalttransistors (Tr) verbunden ist, wobei der Schalttransistor (Tr) zwischen Masse und der Stromzuführleitung (Ut) liegt und der Betriebszustand desselben vom Wert der Spannung an der Ausgangsklemme des Miller-Integrators unter oder über einem vorgegebenen Bezugswert abhängt, der zweite Schaltkreis eine zweite Diode (Da) und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand (Rm; P₂) enthält, bei dem die Schaltungsklemme (B) über einen Widerstand (Ri) mit einem Teil der Speisespannung versorgt wird, und daß ein mit dem Steuereingang des Miller-Integrators verbundenes und durch das Ansprechen des Schalttransistors (Tr) aktiviertes Schaltungselement (Z₂; R*, D₂) mittels Nebenschluß zu einem Widerstand (P\; P₂I des jeweiligen ersten bzw. zweiten Schaltkreises zur erheblichen Verringerung der Zeitkonstante dient, die durch den ersten oder zweiten Schaltkreis bestimmt wird.

2. Elektronischer Zeitschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ohmsche Schaltkreis zwei Widerstände (R% R_b), ein Potentiometer (P\) und die erste Diode (D₄) in Reihe zueinander enthält, die erste und die zweite Diode (Dt, D5) im entgegengesetzten Sinne mit dem Steuereingang des Miller-Integrators verbunden sind, weiterhin eine zweite Zenerdiode (Z\) zwischen der Verbindung der beiden Widerstände (Rs, R_b) und einem Punkt zwischen dem Schalttransistor (Tr) und der Stromzufuhrleitung (Uj) liegt, während das Schaltungselement des ersten Schaltkreises aus einer dritten Zenerdiode (Z₂) parallel zum Potentiometer (Pi) besteht.

3. Elektronischer Zeitschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement des zweiten Schaltkreises aus einem weiteren Widerstand (Rt) und einer dritten Diode (D₂) besteht, die in Reihe zwischen dem Kollektor des Schalttran- t>o sistors (Tr) und dem Steuereingang des Miller-Integrators liegen und das bei leitendem Transistor (Tr) im Nebenschluß zum Widerstand (P₂) liegt. dalJ die dritte Diode (D₁) und die erste Diode (Di) im entgegengesetzten Sinne mit dem Steuereingang des Mil- b5 ler-Integrators verbunden sind, daß eine vierte Diode (D]) zwischen der Schall-Eingangsklemme (B) und dem Verbindungspunkt zwischen dem weiteren Widerstand (Ra) und der dritten Diode (D₂) liegt, daß die dritte und vierte Diode (D₂, D\) mit gleichen Klemmen miteinander verbunden sind und eine fünfte Diode (Di) direkt (F i g. 2) oder über einen Widerstand (Pi, Fig.3) zwischen der Schalt-Eingangsklemme (B) und derjenigen Klemme der ersten Diode (Da) liegt, die an die Stromzufuhrleitung angeschlossen ist. und daß der Widerstand des zweiten Stromkreises ein Potentiometer (P₂) enthält.

4. Elektronischer Zeitschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Diode (Di) über das Potentiometer (Pi) des ersten Schaltkreises mit der ersten Diode (Da) verbunden ist.

5. Elektronischer Zeitschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkreis des Schalttransistors als ein elektronischer Ausgang (Fjherausgeführt ist.