DE2713982B2 - Elektronischer Näherungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Näherungsschalter nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Derartige elektronische Näherungsschalter werden in zunehmendem Maße anstelle von mechanisch betätigten elektrischen Schaltern in elektrischen Meß-, Regel- und Steuerkreisen verwendet. Dank ihren hervorragenden Eigenschaften, wie berührungsloses Schalten, hohe Betätigungsfrequenz und Lebensdauer, die nahezu unabhängig von der Anzahl der Schaltspiele ist, sowie auf Grund ihrer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegenüber diversen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Vibration, Stoß und Feuchtigkeit werden derartige Näherungsschalter vorwiegend in solchen Anwendungsfällen benutzt, wo mechanische Schalter nur bedingt oder überhaupt nicht verwendet werden können. Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird der Zuverlässigkeit eines Näherungsschalters größte Wichtigkeit beigemessen. Die Zuverlässigkeit ist hierbei gleichbedeutend mit einer geringen Ausfallwahrscheinlichkeit.

Aus der DE-OS 24 61 169 ist ein elektronischer Näherungsschalter bekannt, der aus der Hintereinanderschaltung bestimmter Komponenten wie Oszillator, Demodulator, Schwellwertschalter und Ausgangsstufe besteht, wobei diese Komponenten jeweils aktive

ίο Schaltungselemente aufweisen. Ausgehend von diesem bekannten elektronischen Näherungsschalter ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Beibehaltung der wichtigsten Eigenschaften wie Stabilität des Schaltpunktes, einwandfreies Kippverhalten, sowie Ausgangsstufe mit offenem Kollektor einen elektronischen Näherungsschalter anzugeben, der mit weniger aktiven Schaltungselementen und überhaupt mit weniger Bauelementen auskommt und somit auf Grund der verringerten Anzahl von Bauelementen und der dadurch bedingten verringerten Anzahl von Lötstellen eine geringere Ausfallrate aufweist Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist darin zu erblicken, daß der Transistor des Oszillators auf Grund seiner Betriebsweise und seiner Beschattung die Funktion des Demodulators und eines Transistors des Schwellwertschalters mit übernimmt.

Anhand der einzigen Figur der Zeichnung sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben.

Der Oszillator ist als Colpitts-Oszillator ausgeführt, bei dem die Rückkopplung durch kapazitive Spannungsteilung bewirkt wird. Als Schwingkreis ist eine Spule L 1 angeordnet, der die Reihenschaltung zweier Kondensatoren Ci und C2 parallelgeschaltet ist. Der Schwingkreis liegt einerseits an Bezugspotential und ist andererseits über eine Diode Qi an die Basis eines Transistors Q 2 geschaltet. Die Diode Qi besteht aus einem Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Transistor Q 2, wobei der Kollektor und der Emitter des als Diode betriebenen Transistors Q1 an den Schwingkreis und die Basis desselben an die Basis des Oszillator-Transistors Q 2 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors Q 2 ist über einen Widerstand R 4 an Bezugspotential gelegt und zugleich wird die über dem Widerstand R 4 abgegriffene Spannung auf den durch die Kondensatoren Ci und C 2 gebildeten Spannungsteiler zurückgeführt. Zwischen den Kollektor des Transistors Q 2 und die Bezugsspannung ist ein Kondensator C4 geschaltet. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q 2 über die Reihenschaltung zweier Widerstände R 2 und Λ 3 an die positive Betriebsspannung + V_B gelegt. An den durch die Widerstände R 2 und R 3 vorgegebenen Spannungsteiler ist die Basis eines Schwellwert-Transistors <?3 angeschlossen, der vom PNP-Leitfähigkeitstyp ist und dessen Emitter an der positiven Betriebsspannung liegt. Der Kollektor des Transistors Q 3 ist über einen Widerstand R 1 einerseits an die Basis des Oszillator-Transistors Q 2 geschaltet und zum anderen über einen Kondensator C3 mit der positiven Betriebsspannung Vg verbunden. Schließlich ist der Kollektor des Schwellwertschalter-Transistors Q 3 noch über einen Widerstand Λ 5 an die Basis eines

b5 Ausgangsstufen-Transistors QA, gelegt, dessen Kollektor als offener Kollektor betrieben wird und dessen Emitter an die positive Betriebsspannung Vb gelegt ist. Der Emitter-Kollektorstrecke des Ausgangsstufen-

Transistors Q A ist eine Zenerdiode VR 2 parallelgeschaltet, durch welche dieser Transistor gegen induktive Abschaltspitzen beim Schalten induktiver Lasten geschützt wird. Ferner ist zwischen die Pole der Betriebsspannungsquelle eine Zenerdiocie VR1 geschaltet, durch die ein Umpolungfschutz sowie ein Schutz gegen Fremdspannungen erzielt wird. Ein Widerstand R 6 ist zwischen die Eingangsklemme C für die Bezugsspannung und die Bezugsspannungsscbiene geschaltet und übt eine strombegrenzende Funktion aus. Ein Lastwiderstand R/. ist zwischen den an der Ausgangsklemme B zugänglichen offenen Kollektor und die Bezugsspannungsklemme CgeschalteL An einer Eingangsklemme A wird die positive Betriebsspannung Ve angelegt.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise des Näherungsschalters:

Solange in das magnetische Feld des Übertragers L1 kein metallisches Teil eingebracht wird, schwingt der Oszillator und der Transistor Q 2 des Oszillators wird im Takt der Oszillatorschwingungsfrequenz durch jede auftretende positive Halbwelle durchgeschaltet Durch die Arbeitsweise des Transistors Q 2 im C-Betrieb ergibt sich an dessen Kollektor eine verzerrte Sinusform. Die Harmonischen höherer Ordnung werden von dem Kondensator C4 weggesiebt und der Gleichspannungsanteil wird ausgewertet. Das sich bei dieser Aufladung des Kondensators C4 in dem Spannungsteiler R2/R3 einstellende Potential ist dergestalt daß der Schwellwert-Transistor Q 3 durchgeschaltet wird. Die R/C-Kombination aus R 2, R 3 und C4 dient außer zur Siebung noch zur Unterdrückung von Fehlimpulsen beim Anlegen der Versorgungsspannung. Beim Einschalten der Versorgungsspannung bildet der Kondensator im ersten Augenblick einen Kurzschluß, wodurch zunächst einmal der Transistor Q 3 leitend und der Transistor Q 4 gesperrt wird, was dem angeschwingenen Zustand des Oszillators entspricht. Bei durchgeschaltetem Transistor Q 3 liegt die Basis des Ausgangsstufentransistors Q 4 annähernd auf dem gleichen Potential wie der Emitter dieses Transistors, so daß der Transistor QA der Ausgangsstufe gesperrt bleibt.

Wird in das magnetische Feld des Übertragers L 1 ein metallisches Teil eingebracht, so wird mit zunehmender Annäherung die Schwingung des Oszillators zunehmend bedämpft Demzufolge verschiebt sich die Ladung des Kondensators CA nach höheren Werten. Bei einer bestimmten Aufladung des Kondensators C4 stellt sicn an dem Spannungsteiler R 2, R 3 ein solches Potential ein, daß der Transistor Q 3 aus der Sättigung gelangt und langsam gesperrt wird. Hierbei wird der über den Widerstand Rl in die Basis des Transistors Q2

ίο fließende Basisstrom vermindert, wodurch der Transistor Q 2 und somit auch der Transistor Q 3 noch weiter in den sperrenden Zustand gelangt Hieraus resultiert ein Kippverhalten, was durch den im Sinne einer Mitkopplung wirkenden Widerstand R1 verursacht wird. Im bedämpften Zustand, d. h. bei einer Sperrung des Transistors Q 2 kann sich der Kondensator CA über die Widerstände R 2 und R 3 auf die positive Betriebsspannung V_B aufladen. In diesem Fall liegt die Basis des Schwellwert-Transistors Q 3 auf gleichem Potential wie dessen Emitter, so daß dieser Transistor gesperrt wird. Da nunmehr die Basis des Ausgangsstufen-Transistors QA nicht mehr auf das Potential der positiven Betriebsspannung heruntergezogen wird, gelangt dieser in den leitenden Zustand. Eine zwischen die Ausgangsklemmen B und Cgeschaltete Last R_L wird somit bei bedämpften Oszillator an Spannung gelegt

Je nach Schaltzustand des Näherungsschalters wird der für einen C-Betrieb des Oszillator-Transistors Q 2 erforderliche Arbeitspunkt durch einer Strom eingestellt der entweder über den Transistor QA oder den Transistor Q 3 fließt Bei leitendem Transistor Q 3 fließt der Strom über den Widerstand R1, die Diode Q1 und den Parallelschwingkreis Li, Ci und C2. Bei leitendem Transistor QA wird der Widerstand R 5 zusätzlich in Reihe geschaltet Da im einen Schaltzustand des Näherungsschalters der Widerstand R1 alleine und im anderen Schaltzustand die Reihenschaltung der Widerstände Rl und RS in die Zuleitung zur Basis des Transistors Q 2 geschaltet ist, ergibt sich eine durch R 5 vorgebbare Hysterese im Schaltverhalten. Der Kondensator C3 dient der Unterdrückung der an der Basis des Oszillator-Transistors Q2 auftretenden Brummspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Näherungsschalter mit zusammenwirkenden aktive Schaltungselemente aufweisenden Komponenten, wie bedämpfbarer Oszillator, Demodulator, Schwellwertschalter und Ausgangsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Schaltungselement (Q 2) des Oszillators im C-Betrieb angesteuert wird, daß dieses Schaltungselement die Ent- bzw. Aufladung eines Kondensators (C4) bestimmt und daß in Abhängigkeit vom Ladezustand des Kondensators (CA) ein einziges aktives Schaltungselement (Q 3) des Schwellwertschalters betätigt wird.

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1 mit Transistoren als aktiven Schaltelementen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (Q 2) des Oszillators der Kondensator (C4) parallelgeschaltet ist und daß an einen Spannungsteiler (R 2, R 3) im Kollektorkreis des Transistors (Q2) der einzige Transistor (Q 3) des Schwellwertschalters angeschlossen ist.

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektorstrecke des Schwellwertschalter-Transistors (Q 3) der Basis-Emitterstrecke des Ausgangsstufen-Transistors (QA) parallelgeschaltet ist und ein Widei stand (R 5) zwischen dem Kollektor des Schwellwertschalter-Transistors (Q 3) und der Basis des Ausgangsstufen-Transistors (Q 4) angeordnet ist.

4. Näherungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Schwellwertschalter-Transistors (Q 3) und die Basis des Ausgangsstufen-Transistors (QA) über einen Widerstand (R 1) an die Basis des Oszillator-Transistors (Q 2) gelegt sind.

5. Näherungsschalter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter (Qi) zwischen der Basis des Oszillator-Transistors (Q 2) und dem Schwingkreis (L 1, Cl, C2) des Oszillators.

6. Näherungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektorstrecke des Schwellwertschalter-Transistors (Q 3) ein Kondensator (C3) parallelgeschaltet ist.

7. Näherungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter ein als Diode betriebener Transistor (Q 1) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Oszillator-Transistor (Q 2) angeordnet ist.