DE2713982C3 - Elektronischer Näherungsschalter - Google Patents

Description

schaltet, durch welche dieser Transistor gegen induktive Abschaltspitzen beim Schalten induktiver Lasten geschätzt wird. Ferner ist zwischen die Pole der Betriebsspannungsquelle eine Zenerdiode VRi geschaltet, durch die ein Umpolungsschutz sowie ein Schutz gegen Fremdspannungen erzielt wjrd. Ein Widerstand R 6 ist zwischen die Eingangsklemijie C für die Bezugsspannung und die Bezugsspannungsschiene geschaltet und übt eine strombegrenzende Funktion aus. Ein Lastwiderstand Rl ist zwischen den an der Ausgangsklemme B zugänglichen offenen Kollektor und die Bezugsspannuiigsklemme Cgeschaltet An einer Eingangsklemme A wird die positive Betriebsspannung Veangelegt

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungswelse 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 durchgeschaitet Durch die Arbeitsweise des Transistors Q 2 im CiBetrieb ergibt sich an dessen Kollektor eine verzerrte Sinusform. Die Harmonischen höherer Ordnung werden von dem Kondensator CA weggesiebt und der Gleichspannungsanteil wird ausgewertet Das sich bei dieser Aufladung des Kondensators C4 an dem Spannungsteiler R2/R3 einstellende Potential ist dergestalt daß der Schwellwert-Transistor Q3 durchgeschaltet wird. Die Ä/C-Kombination aus R XiR 3. und C 4 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 3s Q3 leitend und der Transistor QA gesperrt wird, was dem angeschwungenen Zustand des Oszillators entspricht Bei durchgeschaltetem Transistor Q3;liegt die Basis des Ausgangsstufentransistors Q 4 annähernd auf dem gleichen Potential wie der Emitter dieses Transistors, so daß der Transistor Q 4 der Ausgangsstufe gesperrt bleibt v-

Wird in das magnetische Feld des Übertragers L1 ein metallisches Teil eingebracht, so wird mit zunehmender Annäherung die Schwingung des Oszillators zunehmend bedampft Demzufolge verschiebt sich die¹ Ladung des Kondensators C4 nach höheren Werten. Bei einer bestimmten Aufladung des Kondensators C4 stellt sich an dem Spannungsteiler R2, A3 ein solches Potential ein, daß der Transistor Q 3 aus der Sättigung>fe'elangt und langsam gesperrt wird. Hierbei wird der über den Widerstand R1 in die Basis des Transistors <?2 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 Ri verursacht wird. Im bedampften Zustand, d.h. bei einer Sperrung des Transistors Q 2 kann sich der Kondensator?C4 über die Widerstände Ä2 und A3 auf die-positive Betriebsspannung Vb 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 04 nicht mehr auf das Potential der positiven Betriebsspannung heruntergezogen wird, gelangt dieser in den leitenden Zustand. Eine zwischen die Ausgangsklemmen Bund Cgeschaltete Last al 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 Q 4 oder den Trantiistor Q3 fließt Bei leitendem Transistor &zgr;»3 fließt der Strom über den Widerstand R1, die Diode Q1 unä den Parallelschwingkreis Li, Ci und CZ Bei leitendem Transistor Q4 wird der Widerstand R 5 zusätzlich in Reih«: geschaltet Da im einen Schaltzustand des Näherungsschalters der Widerstand R1 alletne und im anderen Schaltzustand die Reihenschaltung eier Widerstände Ri und Ä5 in die Zuleitung zur Basis des Transistors Q 2 geschaltet ist ergibt sich eine durch RS vorgebbare Hysterese im Schaltverhalten. Der Kondensator C3 dient der Unterdrückung der an der Basis des Oszillator-Transistors Q 2 auftretenden Brummspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeicfc/*mgen

Claims (3)

1 2 grierte Schaltungen 1975« ist eine Schaltung OM 186 Patentansprüche: für einen Näherungsschalter bereits bekanntgeworden, der demgegenüber mit einer verringerten Anzahl von

1. Elektronischer Näherungsschalter mit zusam- Bauelementen und Lötstellen auskommt, indem das menwirkenden, aktive Schaltungselemente aufwei- 5 aktive Bauelement des Oszillators gleichzeitig die senden Komponenten, wie bedämpfbarer Oszillator, Funktion des Demodulators mit übernimmt. Der Demodulator, Schwellwertschalter und Ausgangs- Schwellwertschalter dieses Näherungsschalters ist stufe, wobei das aktive Schaltungselement des Oszil- jedoch in der üblichen Weise als Schmitt-Triggerstufe lators im C-Betrieb angesteuert wird und die Ent- mit zwei Transistoren ausgeführt Ausgehend von die- bzw. Aufladung eines Kondensators bestimmt, um io sem bekannten elektronischen Näherungsschalter ist es in Abhängigkeit vom Ladezustand dieses Kondensa- die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Beibetors den Schwellwertschalter zu betätigen, da- haltung der wichtigsten Eigenschaften wie Stabilität des durch gekennzeichnet, daß der Schwellwert- Schaltpunktes und einwandfreies Kippverhalten einen schalter einen einzigen Transistor (Q 3) aufweist und elektronischen Näherungsschalter anzugeben, der mit daß ein Widerstand (Ä1) zwischen dem Kollektor is aoch weniger aktiven Schaltungselementen und überdes Schwellwertschalter-Transistors (Q3) und der haupt mit weniger Bauelementen auskommt und somit Basis des Oszillator-Transistors (Q 2) angeordnet ist auf Grund der verringerten Anzahl von Bauelementen

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch und der dadurch bedingten verringerten Anzahl von gekennzeichnet, daß der Basis-Emitterstrecke eines Lötstellen eine geringere Ausfallrate aufweist. Die Ausgangsittfen-Transistors (Q 4) die Emitter-Kol- 20 Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch iektorsUecke des Schwcllwerochalter-Transisiors 1 gekennzeichnetes Erfindung. Weitere vorteilhafte (Q 3) parallel geschaltet ist und daß ein weiterer Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-Widerstand (R 5) zwischen dem Kollektor des Sprüchen entnehmbar. Der wesentliche Gedanke der Schwellwertschalter-Transistors (Q 3) und der Basis Erfindung ist hierbei darin zu erblicken, daß der Transides Ausgangsstufen-Transistors (Q 4) angeordnet ist. 25 stör des Oszillators auf Grund seiner Betriebsweise und

3. Näherungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, da- seiner Beschattung zusätzlich zur Funktion des Demodurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor- dulators noch einen Teil des Schwellwertschalters bilstreckedesSchwellwertschalter-Trdnsistors(Q3)ein det

Kondensator (C3) parallel geschaltet ist. Anhand der einzigen Figur der Zeichnung sei die

30 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 L1

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Nähe- angeordnet, der die Reihenschaltung zweier Kondensarungsschalter nach dem Gattungsoegriff des Anspru- 35 toren Ci und Cl parallelgeschaltet ist Der Schwingches!. Derartige elektronische Näherungsschalter kreis liegt einerseits an Bezugspotential und ist werden in zunehmendem Maße anstelle von mechanisch andererseits über eine Diode Q1 an die Basis eines betätigten elektrischen Schaltern in elektrischen Meß-, Transistors Q 2 geschaltet Die Diode <?1 besteht aus Regel- und Steuerkreisen verwendet Dank ihren einem Transistor vom gleichen Ltjiiähigkeitstyp wie hervorragenden Eigenschaften, wie berührungsloses 40 der Transistor <? 2, wobei der Kollektor und der Emitter Schalten, hohe Betätigungsfrequenz und Lebensdauer, des als Diode betriebenen Transistors Q1 an den die nahezu unabhängig von der Anzahl der Schaltspieh Schwingkreis und die Basis desselben an die Basis des ist sowie auf Grund ihrer ausgezeichneten Wider- Oszillator-Transistors Q 2 angeschlossen ist Der Emitstandsfähigkeit gegenüber diversen Umwelteinflüssen, ter des Transistors Q 2 ist über einen Widerstand R 4 an wie zum Beispiel Vibration, Stoß und Feuchtigkeit 45 Bezugspotential gelegt und zugleich wird die über dem werden derartige Näherungsschalter vorwiegend in Widerstand &Lgr; 4 abgegriffene Spannung auf den durch solchen Anwendungsfällen benutzt wo mechanische die Kondensatoren Ci und C2 gebildeten Spannungs-Schalter nur bedingt oder überhaupt nicht verwendet teiler zurückgeführt Zwischen den Kollektor des werden können. Aus den vorstehend erwähnten Transistors <?2 und die Bezugsspannung ist ein Gründen wird der Zuverlässigkeit eines Näherungs- so Kondensator CA geschaltet Ferner ist der Kollektor Schalters größte Wichtigkeit beigemessen. Die Zuver- des Transistors Q 2 über die Reihenschaltung zweier lässigkeit ist hierbei gleichbedeutend mit einer geringen Widerstände R 2 und R 3 an die positive Betriebsspan-Ausfallwahrscheinlichkeit nung + V₈ gelegt An den durch die Widerstände R 2 Aus der DE-OS 2461169 ist ein elektronischer Nähe- und A3 vorgegebenen Spannungsteiler ist die Basis rungsschalter bekannt, der aus der Hintereinander- 55 eines Schwellwert-Transistors Q 3 angeschlossen, der schaltung bestimmter Komponenten wie Oszillator, vom PNP-Leitfähigkeitstyp ist und dessen Emitter an Demodulator, Schwellwertschalter und Ausgangsstufe der positiven Betriebsspannung liegt Der Kollektor des besteht, wobei diese Komponenten jeweils aktive Schal- Transistors Q 3 ist über einen Widerstand R1 einerseits tungselemente aufweisen. Bei diesem bekannten Nähe- an die Basis des Oszillator-Transistors Q 2 geschaltet rungsschalter sind die Funktionen der einzelnen Korn- 60 und zum anderen über einen Kondensator CZ mit der ponenten jeweils für sich realisiert, so daß eine verhält- positiven Betriebsspannung V₈ verbunden. Schließlich nismäßig große Anzahl von Bauelementen mit einer ist der Kollektor des Schwellwertschalter-Transistors entsprechenden Anzahl von Lötstellen beim Schal- Q 3 noch über einen Widerstand R 5 an die Basis eines tungsaufbau erforderlich ist. In Abhängigkeit von der Ausgangsstufen-Transistors <?4 gelegt, dessen Kollek-Anzahl der Bauelemente und Lötstellen wird aber 65 tor als offener Kollektor betrieben wird und dessen immer die Ausfallrate eines solchen Näherungsschal- Emitter an die positive Betriebsspannung Vb gelegt ist. ters vergrößert. Der Emitter-Kollektorstrecke des Ausgangsstufen-Aus dem Valvo-Handbuch »Professionelle inte- Transistors <?4 ist eine Zenerdiode VR2 parallelge-