DE2809256A1

DE2809256A1 - Batteriezustandsanzeige

Info

Publication number: DE2809256A1
Application number: DE19782809256
Authority: DE
Inventors: Singo Ichikawa; Yoshiaki Kato
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2809256C3; US4219999A; GB1596671A; DE2809256B2

Description

Batteriezustandsanzeige

Bei der Konstruktion elektrischer Uhren ist es wünschenswert, daß eine Einrichtung vorgesehen wird, durch die der Benutzer darauf aufmerksam gemacht wird, daß die Batterie erneuert werden muß. Da die Schaltkreise der TJhr, die die Zeitanzeige besorgen, zu arbeiten aufhören, wenn die Batteriespannung ein bestimmtes minimales Spannungsniveau in der Nähe des Endes der Batterielebenszeit erreichen, so sollte die Warnung des Benutzers ausreichend lange vor dem Zeitpunkt erfolgen, zu dem diese untere Spannungsgrenze tatsächlich erreicht wird. Es wurden bereits verschiedene Vorschläge zur Anzeige der Batteriespannung gemacht, zu einer kontinuierlichen oder periodischen Anzeige, und der Benutzer hielt ein Warnsignal, wenn die Spannung unter ein vorbestimmtes unteres Niveau absank, so daß angezeigt wurde, daß die Batterie, ersetzt werden muß·· _ Wegen der Verschiedenheit der Batterieeigenschaften ist es möglich, daß die Uhr in manchen Fällen noch einige Wochen arbeitet, in anderen lallen wiederum nur wenige Tage, nachdem die Batterie spannung unter einem vorbestimmten Wert abgesunken ist. Es ist daher eine Einrichtung wünschenswert, durch die der Benutzer eine eindeutige Anzeige dafür erhält, wie nötig der Ersatz der Batterie ist, so daß die Wahrscheinlichkeit verringert ward, daß die Uhr zu laufen aufhört und wieder neu eingestellt werden muß, wenn neue Batterien eingebaut sind.

Eine andere Schwierigkeit beruht darauf, daß der Innenwiderstand einer Batterie mit abnehmender Betriebstemperatur abnimmt. Wenn daher die Batterie an das Ende ihrer Betriebsdauer kommt, dann kann bei niedriger Betriebstemperatur und verhältnismäßig hoher Belastung-, z.B. wenn bei einer mit einem Schrittmotor ausgestatteten Uhr die Treiberpulse für den Motor abgegeben werden, die Batteriespannung auf ein Niveau absinkt, bei dem sie die Belastung nicht mehr aufnehmen kann oder auch bis zu einem Niveau bei dem die Arbeitsweise der Zeitgeberkreise beeinflußt wird.

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Die Erfindung richtet sich auf die Verbesserung eines Warnsystems für den Batteriezustand, wobei sichergestellt werden soll, daß die maximal zur Verfugung stehende Energie der Batterie ausgenützt werden kann_; gleichgültig wie sich die Eigenschaften der Batterie ändern, die durch Alterung und Temperaturschwankungen hervorgerufen werden. Wenn sich die Batterie dem Ende ihrer Betriebsdauer nähert, dann nimmt der Innenwiderstand allmählich zu, so daß die Spannung bei stärkerer Belastung absinkt. Wenn die Batterie sehr nahe am Ende ihrer Betriebsdauer ist, dann beginnt die Spannung auch unter leichter Belastung rasch abzufallen. Gemäß der Erfindung wird die Batteriespannung periodisch abwechselnd unter starker Belastung und unter leichter Belastung gemessen. Hach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil der Zeitanzeige, die die übliche Form haben kann, z.B. mit drehenden Zeigern oder mit einer Digitalanzeige, in zwei Stufen verändert, so daß Warnsignale für den Batteriezustand abgegeben werden. Wenn die Batteriespannung unter eine~bestimmte Spannung absinkt, wenn starke Belastung vorliegt, dann wird das Warnsignal der ersten Stufe gegeben, z„B. dadurch, daß der Sekundenzeiger nur alle 2'Sekunden als alle Sekundenjvorrückt. Auf diese Weise erhält man eine Vorwarnung, daß es wünschenswert ist, die Batterie zu erneuern. Wenn die Batteriespannung dann unter eine weitere vorbestimmte Spannung abfällt, wenn eine geringe Belastung vorliegt, dann wird das-Warnsignal der zweiten Stufe gegeben, beispielsweise dadurch, daß der Sekundenzeiger nur alle 4- Sekunden vorrückt. Auf diese Weise wird der Benutzer daran erinnert, daß ein Ersatz der Batterie dringend erforderlich ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Warnsignal zweiter Stufe ausgegeben, wenn die Batterie spannung unter einen vorbestimmten kritischen Wert bei leichter Belastung abfällt. Wenn die Batteriespannung unter einen anderen vorbestimmten Wert bei starker Belastung fällt,.dann wird dieser Zustand festgestellt und die Art, wie die Energiezufuhr bei starker

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Belastung erfolgt, wird dann entsprechend modifiziert. Beispielsweise kann die Impulsbreite des Impulses, der dem Schrittmotor zugeführt wird, vergrößert werden, damit sichergestellt wird, daß der Schrittmotor auch bei geringer Batteriespannung ein ausreichendes Drehmoment abgibt. Wenn eine Uhr mit Flüssigkristallanzeige versehen ist, dann könnte die kurzzeitige Belastung dadurch verursacht werden, daß der Benutzer die Beleuchtungslampe einschaltet, um die Zeit bei ungünstigen Lichtverhältnissen ablesen zu können. In diesem Fall kann der Ausgang des Spannungsfühlers für die Batteriespannung dazu verwendet werden, um die Zeit zu steuern, während der die eingebaute Lampe eingeschaltet bleibt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Batteriespannung nicht auf einen Wert abfällt, bei dem der Betrieb der Zeitgeberschaltung beeinflußt wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich also mit einer batteriebetriebenen elektronischen Uhr, bei der eine Warnanzeige erfolgt, wenn die Batterie an das Ende ihrer Betriebsdauer kommt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Einrichtung, mit der die Batteriespannung sowohl bei leichter als auch bei schwerer Belastung festgestellt wird und eine Warnung abgegeben wird, wenn die Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert absinkt und zwar bei jeder Belastungsbedingung.

Es wird dabei festgestellt, ob die Batterie bei leichter Belastung und einem vorbestimmten Wert absinkt und ein Steuersignal wird als Ergebnis dieser Abtastung erzeugt, das zur Steuerung einer oder mehrerer Funktionen der Uhr verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in einem vereinfachten Blockschema Schaltungsabschnitte einer Uhr gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.

8 Q 9 8 3 6 / Q 8 5 7

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Schaltungsanordnung des Blocks 4 der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Impulsformen der Schaltungen nach den Fig_o 1 und 2.

Fig. 4- zeigt eine Schaltung für die Einstellung des Widerstandes 17 "bei der Herstellung der UhT₀

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen Belastung, Betriebstemperatur und Betriebsausgangsspannung während der Betriebszeit einer Batterie.

Fig. 6 ist ein Blockschema, das schematisch größere Schaltungsabschnitte einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei die Impulsbreiten der Impulse, die an den Schrittmotor abgegeben werden, vergrößert werden, wenn die Batteriespannung unter starker Belastung unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Schaltungen der Blöcke 6, 7i 17 und 18 der Fig. 6.

Fig. 8 zeigt die Impulsformen, die bei den in Fig. 7 dargestellten Blöcken auftreten.

Fig. 9 zeigt eine Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Einschaltdauer der Lampe zur Beleuchtung einer Flüssigkristallanzeige in Abhängigkeit von der Höhe der Batteriespannung gesteuert wird, wenn die Batterie unter der Belastung der Beleuchtungslampe steht, und

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Pig. 10 zeigt eine Modifikation der zweiten Ausfiihrungsform der Fig. 6, wobei die Schaltung zur Bestimmung der Batteriespannung der ersten Ausführungsform Anwendung findet.

In dem Blockschema der I¹Xg. 1, das die Schaltung für eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt, ist mit 2 ein Quarzkristallschwinger dargestellt, der mit einem Oszillatorkreis 4 verbunden ist und mit diesem zusammen ein !Frequenznormal "bildet. Der Ausgang des Oszillators 4 wird auf einen Frequenzteiler 6 gegeben, der 17 Teilungsstufen enthält. Das Ausgangssignal von der letzten Frequenzteilerstufe FI7 hat eine Periode von 4 Sekunden. Ausgangssignale von den Frequenzteilerstufen werden auf einen Schaltblock 10 gegeben, der die Pulse für die Anzeige auswählt und auf den auch Signale gegeben werden, die.vom Spannungsbestimmungskreis 18 und von dem UND-Gatter 26 abgegeben werden. Ausgangssignale O^ und Oo vom Kreis 10 werden durch die Treiberkreise 30 und 28 verstärkt, wobei die Ausgänge aus diesen Kreisen zum Antrieb .eines Schrittmotors 32 dienen. Mit diesem Schrittmotor werden die Zeiger einer Analog-Anzeige betätigt, so daß die Zeitanzeige um einen Winkel vorgerückt wird, der einer Sekunde entspricht, wenn ein Ausgangssignalimpuls O^ oder O2 auf die Treiberkreise 28 und 30 von dem Kreis 10 abgegeben werden. Mit anderen Worten wird der Sekundenzeiger 40, der auf dem Zifferblatt 36 der Uhr angeordnet -ist, einmal vorgerückt. Die Bezugszeichen 34 und 38 bezeichnen den Stunden- und den Minutenzeiger.

Der Batteriespannungsbestimmungskreis 18 enthält zwei Data-Flip-Flops 17 und 18, die im folgenden als DFFS bezeichnet werden und außerdem einen P-Kanal MOS Transistor 20. Die Daten Klemmen D von DFF 14 und 15 sind mit der Negativklemme Vdd der Batterie 24 über einen zur Einstellung des Niveaus dienenden Widerstand 22 verbunden. Die Source-Klemme des Transistors 22 ist mit der positiven Klemme Vss der Batterie 24 verbunden. Die Ausgänge F 15 und F 9 im Frequenzteiler 6 werden auf den Generatorkreis 8 für die Prüfsignale

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gegeben, wobei ein erstes Prüfsignal S erzeugt wird» Dieses Signal wird auf die Prüfklemme ST von DFF 16 gegeben und zu einem OR Gate 12 mit Ausgangspulsen CS₀ Das Ausgangssignal O^ des Wählkreises 10 für die Anzeigeimpulse wird auch als zweites Prüfsignal verwendet und auf das OR Gate 12 gegeben,. Der Ausgang vom OR 12 \tfird mit der Gate-Klemme des Transistors 2o verbunden. Der Ausgang Q 1 von DFF 17 wird auf den Wählkreis für die Anzeigeimpulse als Steuerung eines ersten Signals C und auch auf das UND Gatter 26 gegeben_e Der Ausgang Q 2 von DFF 16 wird auch auf das Und Gatter 26 gegeben, dessen Ausgang auf dem Wählkreis für die Anzeigeimpulse als zweites Steuersignal C 2 gegeben wird«,

Im Fol-genden wird nun die Arbeitsweise des Kreises 13 beschrieben, mit dem die Batteriespsannung bestimmt wird.

Prüf impulse O^ v/erden dann erzeugt, wenn die Batterie stark belastet ist, d. h. wenn Treiberimpulse auf den Schrittmotor gegeben werden. Die Pulse 0. werden auf das gate des Transistors 20*von dem Verknüpfungsglied 12 gegeben,, wobei der Ausgang dieses Verknüpfungsgliedes 12 aus Prüfimpulsen CS besteht. Wenn die Batteriespannung und infolge dessen die Amplitude der Prüfimpulse CS genügend hoch ist wenn diese Impulse auf den Transistor 20 gegeben werden, dann wird dieser Transistor leitend und dadurch hat er an seiner Drainklemme einen sehr niedrigen Widerstand. Eine Spannung nahe 0 erscheint an der Prüfklemme ST von DFF 16, wenn Impulse 0. auf die Dateneingangsklemme von DFF 16 gegeben werden und der Ausgang Q 2 bleibt auf diesem niedrigen Niveau. Wenn jedoch die Batteriespannung und infolge dessen die Amplitude der Impulse CS auf einem bestimmten niedrigen Niveau ist, dann wird der Transistor nur teilweise oder gar nicht leitend. Es erscheint also eine Spannung an der Prüfklemme ST von DFF 17, wenn die Prüfimpulse 0. auf die D Klemme von DFF 17 gegeben werden. Diese Spannung ist das erste Bestimmungssignal. Der Ausgang von Q 2 von DFF 17 geht daher auf hohes Niveau.

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Das erste Steuersignal C 1 wird folgendermaßen erzeugt. Die Spannung, die sich zwischen der Drain- und Source-Klemme des Transistors 20 bildet, wenn dieser Transistor teilweise leitet infolge eines niedrigen Niveaus der an das Gate dieses Transistors angelegten Prüfimpulse, wird durch den Widerstandswert des Transistors 22 bestimmt. Das Niveau der Batteriespannung bei der ein Ausgangssteuersignal durch DFP 17 erzeugt wird, kann dadurch eingestellt werden, daß der Wert des Widerstandes bei der Herstellung der Uhr eingestellt wird. Prüfimpulse S werden von dem Kreis 8 erzeugt, wenn die Batterie unter leichter Belastung steht, d. h., wenn keine Schrittimpulse auf den Schrittmotor gegeben werden, was für dieses Ausführungsbeispiel angenommen sei. Die Prüfimpulse S werden auf das OR Gatter 12 gegeben, um Prüfimpulse CS zu erzeugen und sie werden auch auf die ST Klemme von DFF 16 gegeben. Wie in dem Fall der Prüfimpulse 0., der oben beschrieben wird, werden, wenn die Batteriespannung über einem vorbestimmten Minimalwert ist, Impulse CS die Gate-Schwellenspannung des Transistors 20 überschreiten, sodaß dieser Transistor leitend wird und auf diese Weise verbleibt der Ausgang Q 2 von DFF 16 auf einem niedrigen Niveau, wenn Impulse S auf die Prüfklemme ST von DFF 16 gegeben werden. Wenn die Batteriespannung auf ein bestimmtes niedriges Niveau abfällt, dessen Wert durch den Wert des Widerstandes R 22 bestimmt wird, dann erscheint eine Spannung zwischen Source- und Diainklemme des Transistors 20; wenn Impulse S auf die Klemme ST von DFF 16 gegeben werden. Diese Spannung stellt das zweite Bestimmungssignal dar. Als Ergebnis gehen die Ausgänge Q 2 von DFF 16 auf hohes Niveau. Die Kombination dieses Ausganges mit dem Steuersignal C 2 wird auf das UND Batter 26 gegeben und veranlaßt dieses UND Gatter 26 ein Steuersignal C 2 abzugeben. Das Steuersignal C 1 wird einige Zeit vor dem Steuersignal C während der Betriebsdauer der Batterie gegeben, weil der Spannungsabfall der Batterie unter starker Belastung unvergleichlich größer ist als der Spannungsabfall unter geringer Belastung. Der,Batteriespannungsprüfkreis erzeugt also Steuersignale in zwei Stufen, z. B. ein Steuersignal C 1, wenn der Innenwiderstanc der Batterie ein gewisses, minimales Niveau in der Nähe des

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Endes der Betriebsdauer der Batterie erreicht hat, und ein Steuersignal C 2, wenn die Batteriespannung das gleiche geringe Niveau bei leichter Belastung erreicht wird, ein Zeichen dafür, daß sich die Batterie rasch dem Ende ihrer Betriebsdauer nähert.

Die Wirkungsweise des Wählkreises 10 für die Impulse der Anzeige wird nunmehr beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und die Pulsformen der Fig. 3 sieht man, daß die Ausgänge von F 15 bis F 9 des Frequenzteilers 6 auf das UND Gatter 42 gegeben werden

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und Impulse mit einer Breite von '_ msec und beispielsweise einer Dauer von einer Sekunde erzeugt. Diese Impulse werden an einen Eingang des UND-Gatters 48 geliefert. Die Steuersignale C 1 und C 2 werden auf das NOR-Gatter 49 gegeben, sodaß dann, wenn kein Steuersignal erzeugt wird, der Ausgang des Gatters 49 auf dem hohen logischen Niveau ist. Die Ausgangsimpulse vom Gatter 42 können daher durch das Gatter 48 gehen und dessen Ausgang wird auf das Oder-Gatter 54 gelegt. Der Ausgang des Gatters 54 wird auf den Schalt eingang des Schalt-Flip-Flops 56 und zu den Eingängen der UND-Gatter 58 und 60 gegeben, .auf die auch die Q und Q Ausgänge des FF 46 gegeben werden. Aufeinanderfolglende Impulse von Gatter 54 veranlassen die Ausgänge Q und δ von 56 abwechselnd auf hohes Niveau zu schalten, sodaß abwechselnd die Gatter 58 und 60 in Tätigkeit treten. Auf diese Weise vergeben aufeinanderfolgende Impulse von Gatter 54 Impulse, die abwechselnd von den Gattern 58-und 60 abgegeben werden und Signale O. und O₂ darstellen. Wenn beide, nämlich C 1 und C 2 nicht erzeugt werden, dann liegt eine Periode von einer Sekunde zwischen jedem O^ Impuls und dem darauffolgenden Op Impuls vor. Die Ausgänge F 9 bis F 16 des Frequenzteilers 6 werden auf die Eingänge des UND-Gatters 44 gegeben. Infolgedessen werden Impulspaare mit einer Breite von 7,8 msec und mit einer Zeitdauer von 15,6 msec zwischen jedem Impuls eines Paares gegeben und eine Periode von 2 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Impulspaaren werden vom UND-Gatter 44 abgegeben. Diese werden auf das UND-Gatter 50 gegeben, dem auch das Steuersignal C 1 zugeführt wird. Der Ausgang des Gatters 50 wird auf das Oder-Gatter 54 gegeben. Wenn also ein Steuersignal C 1 erzeugt wird,

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dann kann das Gatter 50 den Ausgang des Gatters 44 durchlassen. Signale O₁ und O₂, die dadurch erzeugt werden, ergeben die Pulsform i der Fig. 3, die auf die Wicklung des Schrittmotors gegeben wird. Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch auf einmal um zwei Stufen vorgerückt, wobei die Intervalle zwischen jedem Paar von Schritten zwei Sekunden betragen. Der Benutzer der Uhr erhält daher eine Vorwarnung, die bedeutet, daß sich die Batterie dem Ende ihrer Betriebszeit nähert.

Zu dieser Zeit ist das Gatter 49 durch den Ausgang des NOR-Gatters 49 gesperrt, was eine Folge des Steuersignals C 1 ist.

Die Ausgänge F 9 bis F 17 werden auf das UND-Gatter 46 vom Frequenzteiler 6 gegeben, um Gruppen von vier aufeinanderfolgenden 7,8 msec breiten Impulsen zu geben, wie das in Fig. 2 angedeutet ist, wobei die Periode zwischen jeder Gruppe vier Sekunden beträgt. Diese werden auf das UND-Gatter 52 gegeben, auf das auch das Steuersignal C 2 gegeben wird. Wenn das Steuersignal C 2 -erzeugt wird, dann gelangen die Ausgangsimpulse vom Gatter 4& über das UND-Gatter 52 zum Oder-Gatter 54. Infolgedessen werden Treiberimpulse mit einer Impulsform, wie sie in j von Fig. dargestellt sind, auf die Wicklung des Schrittmotors 32 gegeben. Der Sekundenzeiger der Uhr wird daher in Gruppen von vier unmittelbar aufeinanderfolgenden Schritten vorwärts bewegt, wobei die Applitude des einzelnen Schrittes der Anzeige einer Sekunde entspricht. Jede Gruppe dieser Schritte ist durch ein Intervall von 4 Sekunden von der folgenden getrennt. Der Benutzer wird dadurch gewarnt, daß die Batterie in kürzester Zeit ausfallen wird und daß daher ein Ersatz der Batterie eilig vorgenommen werden muß.

In diesem Zeitpunkt ist das Gatter 50 durch die Wirkung des Steuersignals C 2 durch den Inverter 51 gesperrt.

Fig. 4 zeigt eine Modifikation eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, wobei der Wert des Widerstandes 22 rasch eingestellt werden kann, damit Batteriewarnsignale bei einem gewünschten Niveau der Batteriespannung erzeugt werden können. In der Schaltung der Fig. 4 sind UND-Gatter 66 und Oder-Gatter

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und 64 zusätzlich zu der in Figo 1 gezeigten Schaltung vorgesehen, zusammen mit einer Klemme χτ_Ρ an die eine externe Spannungsquelle Es angeschlossen ist_s "bevor die Batterie in die Uhr eingesetzt wird. Es ist auch an die Batterieklemmen Vdd und Vss angeschlossen. Schnelle Prüfimpulse mit einer Frequenz von 16 384 Hz werden auf die Klemme ST am Eingang des Gatters 66 von einer externen Quelle ausgegebene während Es variiert wird_o Damit man den Widerstand 22 einstellen kann_s wird Es zunächst auf ein Niveau eingestellt, "bei dem die Batteriewarnung angezeigt werden sollte. Der Widerstand 22 wird dann solange verändert ₉ bis man eine Batteriewarnanzeige an der Zeitanzeige der Uhr erhält.

Durch Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Kreises kann der Widerstand 22 rasch eingestellt werden. Dies beruht darauf, weil die gezeigten Verbindungen für die Pulse SP und Es eine effektive ununterbrochene Prüfung erlauben, gesehen vom Standpunkt des Einstellers, was einen Betrieb darstellt, der entgegengesetzt zur. no'rmalen Prüfimpulsgeschwindigkeit mit einem Impuls pro Sekunde steht.

Aus Fig. 5 ersieht man nun die Spannungscharakteristiken, die die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit der Batterielebensdauer darstellen. Wenn sich die Batterie dem Ende ihrer Betriebsdauer nähert, dann beginnt die Spannung, die bei leichter Belastung auftritt und die in Kurve 1 dargestellt ist, sehr schnell abzusinken. Die Spannung bei schwerer Belastung fällt andererseits mehr allmählich gegen Ende der Batteriebetriebszeit ab, was in den Kurven zwei und drei dargestellt ist. Auch die Spannung, die durch die Batterie bei hoher Belastung geliefert wird, ist niedriger bei niedriger Betriebstemperatur als bei hohen Betriebstemperaturen, was für die gesamte Betriebsdauer der Batterie, insbesondere jedoch für das Ende der Betriebsdauer gilt. Wenn das Niveau, bei dem das Warnsignal für den Benutzer gegeben wird, auf V 2 der Fig. 5 eingestellt ist, dann ist es klar, daß der Benutzer früher gewarnt werden sollte, wenn die Uhr bei einer der Kurve drei entsprechenden Temperatur betrieben wird als wenn die Uhr bei einer der Kurve zwei entsprechenden Tempe-

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ratur arbeitet. Wenn die Uhr zeitweise bei niedriger Temperatur betrieben wird, dann könnte eine verfrühte Warnung ausgegeben werden, die jedoch wieder aufhört, wenn man die Uhr in eine normale, warme Umgebung zurückbringt. Eine weitere Schwierigkeit, die durch Temperaturänderungen verursacht v/erden könnte, besteht darin, daß die Batteriespannung infolge eines Betriebs bei niedriger Temperatur gegen Ende der Batteriebetriebszeit ein ungenaues Arbeiten verursachen könnte. Es könnte beispielsweise ein ungenügendes Drehmoment durch die Treiberimpulse für den Schrittmotor erzeugt werden.

In Fig. 6 sind nun Blöcke 70 und 72 dargestellt, die den Oscillator für die Frequenznorm und den Frequenzteiler erläutern und die etwa den Blöcken 2, 4 und 6 entsprechen, die vorher bei der Erläuterung der Fig. 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde. Der Ausgang des Frequenzteilers 72 wird auf einen Pulsformerkreis 74 gegeben, der Pulse erzeugt, die dem Treiberkreis 76 zugeführt werden^ Der Treiberkreis 76 erzeugt infolgedessen abwechselnd positive und negative Treiberimpulse, die an die Wicklung des Schrittmotors 78 geleitet werden. Die Breite der aus diesem Pulsformerkreis 74 austretenden Impulse, kann, wie sogleich erläutert wird, gesteuert werden.

Ein Steuerkreis 104 erzeugt Steuersignale, die die Eingangssignale für den Impulsformerkreis 74 darstellen und abhängig sind von den Ausgangssignalen eines Spannungsprüfkreises 102. Der Steuerkreis 104 setzt sich aus einem Steuerpulserzeugungskreis 80, aus Schaltelementen 96 und 94, und Gattern 90 und 92, Schaltkreisen 86 und 88, einem Kreis 82, der Signale zur Vergrößerung der Pulsbreite erzeugt und einem Warnungsanzeigesignal, das im Kreis 84 geformt wird. Der Spannungsbestimmungskreis 102 besteht aus einem Inverter 100, Widerständen R 1 und R 2 und einem voreinstellbaren Widerstand R 3.

Bezieht man sich nun auf die Pulsformen der Fig. 8, dann sieht man, daß die am Schrittmotor 78 auftretende Pulsform vorliegt, wenn die Batteriespannung sowohl über dem Niveau bei leichter als auch bei schwerer Belastung liegt, was den Schwellenwerten V 1 und V 2

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der Pig. 5 entspricht und als A 1 dargestellt ist. Die Periode zwischen den Impulsen abwechselnder Polarität "beträgt eine Sekunde und die Pulsbreite beträgt beispielsweise 1/128 Sekunde. Die Prüfpulse E werden während Perioden.erzeugt _t wenn die Motorwicklung unter Spannung steht, sodaß die Batterie stark belastet ist. Wenn ein Puls E erzeugt wird, dann wird das Schaltelement 96 leiten, sodaß die Spannung der Batterie 98 auf die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R 1 und R 2 angelegt wird, wobei die Polarität der Spannung für die dargestellte Schaltung negativ ist. Der Widerstand R 3 wird so eingestellt, daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand infolge der Batteriespannung durch die Serienkombination von R 2 und R 3 die Schwellenspannung für den Inverter darstellt, wenn die Batteriespannung auf dem Niveau V 2 ist. Wenn ein Puls E erzeugt wird und die Batteriespannung unter dem Niveau V 2 liegt, dann tritt ein positiver Puls aus dem Ausgang des Inverters 100 und er wird auf die UND-Gatter 90 und gegeben. Der entstehende Ausgangspuls aus dem UND-Gatter 90 wird in-dem Schaltkreis 86 gespeichert. Der Kreis 82 erzeugt infolgedessen ein Pulsverbreiterungssignal, das das Eingangsimpüls für den Pulsformungskreis 74 darstellt. Dadurch wird die Breite der Pulse, die auf den Treiberkreis 76 für den Kreis 74 gegeben werden, verbreitert, beispielsweise auf 1/64 Sekunde. Die Pulsform, die an der Wicklung des Schrittmotors erscheint, erhält daher die in Fig. 8 bei A 2 gezeigte Form. Durch diese Pulsverbreiterung wird sichergestellt, daß ausreichend -Energie an den Schrittmotor geliefert wird, sodaß er weiter auch dann noch arbeitet, wenn die Batteriespannung unter schwererer Belastung unter das Niveau V 2 abfällt. Wenn ein solcher Abfall in der Uhr deshalb auftritt, weil sie vorübergehend bei einer ungewöhnlich niedrigen Umgebungstemperatur benützt wird, dann kehrt die Pulsbreite wieder auf ihren ursprünglichen Wert zurück, wenn die Uhr wieder unter normaler Temperatur betrieben wird.

Prüfpulse F werden durch den Kreis 80 während leichter Batteriebelastung erzeugt, d. h., wenn keine Spannung am Schrittmotor anliegt. Das Schaltelement 94 ist infolgedessen leitend und die

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Batterie spannung kann das nicht an Masse liegende Ende der Widerstandskette R 1, R 2, und R 3, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist erreichbar. Das Verhältnis von R 1 + R 2/R 3 wird so eingestellt,daß die an R 3 auftretende Spannung, wenn 94 leitend ist, gleich der Schwellenspannung des Inverter 100 ist, wenn die Batterie spannung auf dem Niveau V 1 ist. Wenn die Batterie spannung unter dem Niveau V 1 ist, dann wird ein Ausgangsimpuls vom Inverter 100 abgegeben, wenn der Puls E erzeugt wird. Dadurch wird vom UND-Gatter 92 ein Impuls erzeugt, der in dem Schaltkreis 88 gespeichert wird. Der Ausgang des Schaltkreises 88 wird auf den Kreis 84 gegeb-en, der das Warnanzeigesignal formt, wodurch ein Warnanzeigesignal zu dem Pulsformerkreis 74 gegeben wird.

Die Widerstände R 1 und R 2 sind feste Widerstände, die in ein Halbleiterchip eingearbeitet sind, das die Schaltkomponenten der Uhr enthält. Der Widerstand R 3 ist getrennt ein montierter veränderlicher Widerstand. Diese Anordnung beruht darauf, daß der Variationsbereich der Batterie spannung verhältnismäßig klein ist, z. B. im Falle einer Silberoxydbatterie beträgt die Normalspannung 1,5 bis 1,55 Volt, V 1 liegt zwischen 1,4 und 1,45 Volt und V 2 liegt im Bereich von 1,2 bis 1,3 Volt. V 1 ist das kritischere der beiden Prüf Spannungsniveaus. Die Einstellung von H 3 wird nur bezüglich des Niveaus V 1 vorgenommen. Die Toleranzen von R 1, R 2 und der Schwellenspannung des Inverters sind so, daß vorbestimmte Festwerte von R 1 und R 2 für das Niveau V 2 eine korrekte Einstellung nach der Justierung yon R 3 für V 1 ergeben.

R 1 kann weggelassen werden und das Niveau V 1 kann gleich dem Niveau V 2 gemacht werden, ohne daß man den Rahmen der erfindungsgemäßen Schaltung verläßt» Es können auch andere als Silberoxydbatterien verwendet werden, z. B, Batterien, wie sie üblicherweise für elektronische Armbanduhren Verwendung finden. Die Erfindung könnte auch dazu verwendet werden, daß dann eine Anzeige erfolgt, wenn eine wieder^aufladbare Batterie den vollen Ladungszustand erreicht hat.

"in Fig. 7 Bind die Schaltungsblöcke 82, 84, 74 und 76 der Fig. 6 mehr dm einzelnen dargestellt. Die Klemmen FF 10 bis FF 16 des Blockes 84 der Fig. 7 sind Ausgänge aus aufeinanderfolgenden Stu-

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fen des Frequenzteilers 74 _s wobei PF 16 die Endstufe ist und einer Periode von 4 Sekunden entspricht« FF 10 bis FF 15 werden zusammen mit dem Ausgang des ODER-Gatters 82 c und mit dem invertierten Ausgang aus dem Schaltkreis 88 auf das UND-Gatter 74 a gegeben. FF 15 hat eine Periode von einer Sekunde»

Das Signal FF 9 vom Frequenzteiler 72 hat eine Pulsbreite von etwa 1/128 Sekunden. Dies stellt die normale Breite eines auf den Motor 78 gegebenen Trei-berimpulses dar, wenn die Batteriespannung über dem für die Bestimmung vorgesehenen Schwellenwert ν 2 liegt. Das Signal FF 10 hat eine Pulsbreite von 1/64 Sekunden, was der Breite der Pulse entspricht, die auf den Motor 78 gegeben werden, wenn die Batteriespannung unter den Prüfspannungsschwellenwert V 2 abfällt. Wenn vom Schaltkreis 86 kein Ausgang abgegeben wird, dann ist der Ausgang 82 d auf hohem, logischem Niveau, was Veranlassung ergibt, daß die Pulse FF 9 zum UND-Gatter 74 a über das UND-Gatter 82 a und das ODER-Gatter 82 c gehen. In diesem Zeitpunkt wird von dem Klinkenkreis 88 kein Ausgang abgegeben und der Ausgang des Inverters 84 b liegt auf hohem, logischen Niveau. Wegen der Eingänge zu dem UND-Gatter 74 a werden Pulse mit einer Breite von 1/128 Sekunden und einer Periode von einer Sekunde von diesem Gatter abgegeben und über das ODER-Gatter 74 b zu den UND-Gattern 74 ti und 74 e sowie zu dem T-Eingang des Toggle-Flip-Flops 74c gegeben. Die Ausgänge Q und Q von 74 c gehen abwechselnd auf hohes logisches Niveau in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Impulsen, die auf die Klemme T gegeben werden. So werden die Ausgangsimpulse von dem ODER-Gat"ter 74 b abwechselnd durch die UND-Gatter 74 d und 74 e geschickt, wodurch eine Pulsform entsteht, wie sie bei A 1 der Fig. 8 gezeigt ist und die an der Wicklung des Schrittmotors 78 auftritt. Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch um eine Sekunde vorgerückt.

Wenn die Batteriespannung unter das Niveau V 2 bei starker Belastung absinkt, dann wird ein Ausgang von dem Schaltkreis 86 erzeugt, wie dies oben beschrieben wurde. Infolgedessen wird das UND-Gatter 82 a gesperrt und Pulse mit einer Breite von 1/64 Sekunden werden von dem UND-Gatter 82 b abgegeben und über das ODER-Gatter 82 c dem UND-Gatter 74 a zugeführt. Pulse mit einer Breite von i/64 Sekunden werden dadurch vom UND-Gatter 74 a abgegeben.

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was eine Pulsform zur Folge hat, wie sie in A 2 der Fig. 8 gezeichnet ist und wie sie auf die Wicklung des Schrittmotors gegeben wird. Der Sekundenzeiger der Uhr wird einmal pro Sekunde vorgerückt, jedoch mit erhöhter Energie, was eine Kompensation für den Abfall der Batteriespannung unter das Niveau V 2 bedeutet.

Wenn die Batterie spannung unter das Niveau V 1 "bei leichter Belastung abfallen sollte, dann wird von dem Schaltkreis 88 ein Ausgang erzeugt, wie oben bereits beschrieben wurde. Das UND-Gatter 84 a tritt in Tätigkeit und Ausgänge von Ausgangsimpulspaaren mit Perioden von 2 Sekunden zwischen jedem Paar und einer Periode von 1/32 Sekunde zwischen jedem Impulspaar werden erzeugt. Die Breite eines jeden Impulses beträgt 1/64 Sekunde. Der Ausgang von dem Schaltkreis 88 wird auch auf den Inverter 84 b gegeben, dessen Ausgang das UND-Gatter 74 a sperrt. Die Ausgangspulse von dem Gatter 84 a, die über das ODER-Gatter 74 b, die UND-Gatter 74 d und 74 e an den Treiberkreis 76 gegeben werden, verursachen eine Pulsform, wie sie in A 3 der Figur 8 gezeigt ist und wie sie an der Wicklung des Schrittmotors 78 auftritt.

Der Sekundenzeiger der Uhr wird dadurch um zwei Schritte vorgerückt und zwar alle zwei Sekunden, wobei jedoch die" der Motofwicklung zugeführte Energie zur Kompensation des Abfalls.der Batteriespannung unter das Niveau V 1 kompensiert wird. Der Benutzer wird dadurch gewarnt und informiert, daß die Batterie erneuert werden muß.

Die Fig. 9 zeigt in einem Diagramm eine Schaltungsanordnung einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Blöcke 72, die Schaltelemente R 1,R 2, R 3, die Schaltelemente 94 und 96 und der Inverter 100 entsprechen den Blöcken und Schaltelementen, die in Fig. 6 mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet wurden. Diese Schaltelemente entsprechen sowohl in ihrem Aufbau als auch in ihrer Funktion den in Fig. 6 gezeigten Schaltelementen. Bei der Anordnung der Fig. 9 wird eine Uhr mit einer Flüssigkristallanzeige dargestellt, bei der eine Lampe 126 so eingebaut ist, daß der Benutzer die Anzeige beleuchten kann, wenn er den Schalter S 1 bei schlecht beleuchteter Umge-bung niederdrückt. Dabei wird die Batterie 98 stark belastet. Der Ausgang eines Frequenzteilers 108 wird auf einen Decodertreiberkreis 110 gegeben.

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Der Ausgang des Kreises 110 "betreibt eine Flüssigkristallanzeige 112, Signale, die von einem Kreis 108 auf einen Prüfpulsgeneratorkreis 114 gegeben werden, veranlassen den Kreis 114 Prüfpulse SA mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise einem Impuls pro 5 Sekunden zu erzeugen. Biese Pulse werden auf das Schaltelement 94 und zum Eingang eines UND-Gatters 120 --gegeben und dienen dann als Prüfpulse bei leichter Belastung. Prüfsperrpulse SB werden ebenfalls vom Ausgang des Kreises 114 abgegeben und sie werden auf den Sperreingang des Gatters 122 gegeben. Die Pulse SB werden mit den Prüfpulsen SA synchronisiert, aber die ansteigende Planke eines jeden SB-Pulses tritt etwasvorher auf und die hintere Flanke etwas später als die entsprechenden Flanken des SA-Pulses, d. h. die SB-Pulse überlappen zeitlich die SA-Pulse.

Die Werte von R 1, R 2 und des einstellbaren Widerstandes R- 3 werden so bemessen, daß der Inverter 100 ein logisch hohes AUsgangssignal abgibt, wenn ein Prüfpuls abgegeben wird, während die Batterie spannung unter dem Niveau V 1 liegt, wie dies oben anhand der Fig. 6 beschrieben wurde. Dieser Ausgang, der zusammen mit den Prüfpulsen auf die Eingangsklemmen des UND-Gatters" 120 gegeben wird, bewirkt ein hohes logisches Ausgangsniveau, das in dem Schaltkreis 118 gespeichert wird. Der Ausgang vom Schaltkreis 118 bewirkt, daß von dem Kreis 116 ein Warnungssteuersignal abgegeben wird. Dies hat zur Folge, daß auf der Anzeige der Uhr ein Warnsignal auftritt, was auf der Wirkung des Ausgangs des Kreises 116 auf den Decodertreiberkreis 110 beruht. Diese Warnung kann beispielsweise darin bestehen, daß ein Teil der Anzeige blinkt, d. h. periodisch ein-.und ausgeschaltet wird. Der Benutzer wird dadurch gewarnt und informiert, daß die Batterie erneuert werden muß.

Wenn der Benutzer den Schalter S 1 niederdrückt, dann wird solange fein Prüf puls vom Kreis 114 abgegeben wird, ein logisch hohes Signal vom UND-Gatter 122 abgegeben und auf die Eingänge der Schaltelemente 96 des UND-Gatters 128 und des UND-Gatters 136 gegeben. Das Schaltelement 96 wird dadurch leitend und die Batteriespannung wird auf die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R 1 und R 2 gegeben. In diesem Zeitpunkt ist der Ausgang des Zeitgebers 138 auf niedrigem logischen Niveau und der Ausgang des UND-Gatters 128 ist positiv gegenüber der Basis des Transistors130

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wodurch dieser leitend wird. Die Lampe 126 wird daher durch den Strom der Batterie 98 zum Leuchten gebracht, was eine schwere Belastung für die Batterie darstellt. Wenn die Batteriespannung jetzt unter das Spannungsniveau V 2 der Fig. 5 fällt, dann wird vom Inverter 100 ein hoher logischer Ausgang abgegeben. Das UND-Gatter 136 erzeugt einen Ausgang mit hohem logischen Niveau, das den Zeitgeber 138 triggert_} diesen Zeitgeber veranlaßt, nach etwa 0,5 bis einer Sekunde auf hohes logisches Niveau zu geben und darauf einige Sekunden bis einige Minuten zu bleiben. Wenn der Ausgang des Zeitgebers auf hohem logischen Niveau liegt, dann ist das UND-Gatter 128 gesperrt, sodaß der Strom für die Lampe 126 durch den Transistor 130 unterbrochen wird. Dieser Zustand dauert so lange, bis der Ausgang des Zeitgebers wieder auf niedriges, logisches Niveau zurückkehrt, auch dann, wenn der Benutzer den Schalter S 1 wiederholt niederdrücken sollte.

Der Betrieb-des für die Zeitangabe verantwortlichen Schaltungsteils ist daher geschützt, da die Batteriespannung nicht auf ein Niveau absinken kann, bei dem der Betrieb beeinflußt wird, wenn der Benutzer den Schalter S 1 zum Einschalten der Beleuchtungslampe niederdrücken sollte, während die Batterie bereits nahe dem Ende ihrer Betriebsdauer ist oder während die Temperatur der Umgebung extrem niedrig ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verstärkungsgrad im Oscillatorkreis zu steuern, wenn die Batteriespannung bei starker Belastung unter ein vorbestimmtes Niveau abfällt. Dadurch könnte sichergestellt werden, daß der Schwingvorgang unter solch einer Bedingung anhält, sodaß die Zeitgabe weiter aufrechterhalten wird.

Abgesehen von der Beleuchtungslampe könnten auch andere Punktionen in der obenpeschriebenen Weise gesteuert werden, z. B. ein Alarmsummer, der ebenfalls eine schwere Belastung der Batterie darstellen könnte. Man könnte auch eine V/arnung dafür anzeigen, die dem Benutzer einen Hinweis gibt, daß die Batterie zu stark belastet wird.

In Fig. 10 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die erste und zweite Ausführungsform der Erfindung kombiniert sind. Teile mit Bezugszeichen, die bereits in den Fig. 1 und 6 auftreten, haben

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gleiche Punktion und Bedeutung, wie "bei der Erläuterung dieser Figuren beschrieben wurde. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.10 werden Prüfpulse S, die einer leichten Belastung entsprechen, durch einen Steuerpulsgeneratorkreis 8 erzeugt und Prüfpulse 0.., die einer schweren Belastung entsprechen, werden durch einen Pulsformungskreis 74.erzeugt. Im übrigen wird die Bestimmung der Batterie spannung so durchgeführt, wie dies bei der Erläuterung der Fig. 1 beschrieben wurde„ Die Eingangssignale für den Steuerkreis 82 für die Pulsverbreiterung und für den Steuerkreis 84 für die Warnungsanzeigesignale werden durch Data-Flip-Flops 16 und 17 erzeugt. Im übrigen werden die Schaltungen, die den Blöcken 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82 und 84 entsprechen, so betrieben, wie dies vorher anhand der Fig. 6 erläutert wurde.

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Claims

Patentansprüche

Battergetri'ebene elektronische Uhr mit einem Frequenznormal das ein verhältnismäßig hochfrequentes Signal abgibt, mit einem Frequenzteiler, der mehrere niedriger frequente Signale abgibt, mit einer Einrichtung, die ein Treibersignal in Abhängigkeit van diesen niedrigerfrequenten Signalen abgibt, mit einer Zeitanzeigeeinrichtung, die die Zeit in Abhängigkeit von diesem Treibersignal anzeigt, mit einer Einrichtung, durch die erste und zweite Prüfimpulse erzeugt werden, die eine starke und eine geringe Aufladung der Batterie anzeigen und von Signalen abhängig sind, die aus den niedrigerfrequenten Signalen ausgewählt sind, ferner mit einer Einrichtung zur Bestimmung einer ersten und zweiten Spannung dieser Batterie in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Prüfimpulsen, durch die erste und zweite Detektorsignale erzeugt werden, die die erste und zweite Spannung anzeigen, ferner durch eine Einrichtung, durch die die ersten und zweiten Detektorsignale gespeichert

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ORiGlMAL

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werden und erste und zweite Ausgangssignale erzeugt v/erden, die diese ersten und zweiten Signale anzeigen, weiterhin mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Treibersignals einschließlich einer v/eiteren Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von wenigstens einem dieser ersten und zweiten Ausgangssignale und schließlich mit einer Zeitanzeigeeinrichtung, die auf dieses Steuersignal anspricht und die Zeitanzeige in modulierter Form wiedergibt, um den Batteriezustand anzuzeigen.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, bei der diese Anzeigeeinrichtung Zeiger umfaßt, nämlich einen zur Stundenanzeige, einen zur Minutenanzeige und einen für die Sekundenanzeige, die in üblicher Weise auf dieses Treibersignal ansprechen, wobei einer dieser Zeiger auf das Steuersignal anspricht und zur Anzeige des Batteriezustandes dient.
3. Elektronische Uhr nach Anspruch 2, wobei einer dieser Zeiger der Sekundenzeiger ist und dieser Sekundenzeiger mit einer ersten Geschwindigkeit vorrückt, um die Sekunden der Zeitangabe anzuzeigen, wenn kein Steuersignal vorliegt, während dieser Sekundenzeiger mit einer zweiten Geschwindigkeit vorrückt, wenn ein Steuersignal"vorliegt, um eine erste Spannung der Batterie anzuzeigen.
4-, Elektronische Uhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Treibersignals Mittel enthält, durch die ein anderes Steuersignal erzeugt wird, das von einem anderen der ersten und zweiten Ausgangssignale abhängig ist, wobei der Sekundenzeiger auf dieses andere Steuersignal anspricht und den Sekundenzeiger mit einer dritten Geschwindigkeit vorrücken läßt, um· die zweite Spannung der Batterie anzuzeigen.

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5. Elektronische Uhr nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, durch die ein anderes Steuersignal erzeugt wird, das von einem anderen dieser Ausgangssignale abhängig ist, wobei die Einrichtung zur Erzeugung dieses Treibersignals von diesem anderen Steuersignal abhängig ist und ein anderes Treibersignal ergibt, dessen Pulsbreite größer ist als die des zuerst erwähnten Treibersignals»

6ο Elektronische Uhr nach Anspruch 1, wobei die Anzeigeeinrichtung Zellen für Flüssigkristallanzeige enthalten und außerdem eine Beleuchtungseinrichtung, durch die diese Anzeige beleuchtet wird, sowie einen Schalter, durch den die Lampe bei Betätigung eingeschaltet wird»

Elektronische Uhr nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung der Tätigkeit der Lampe in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Nive'au der Batteriespannung „

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