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Vorrichtung zum Prüfen und Anzeigen von elektrischen
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Spannungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen und
Anzeigen von elektrischen Spannungen mit zwei Prüfanschlüssen und zwei zwischen
diesen antiparallel geschalteten Leuchtdioden mit vorgeschaltetem Strombegrenzungswiderstand.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 20 60 884 bekannt. Die bekannte
Vorrichtung ermöglicht durch das unterschiedliche Aufleuchten der Leuchtdioden eine
Anzeige der Polarität einer anliegenden Spannung und eine Aussage über Polarität
und gegebenenfalls Phasenlage eines zu prüfenden Potentials gegenüber eine 111 vorgegebenen
Bezugspotential.
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Die bekannte Vorrichtung erlaubt jedoch keine Anzeige der Grösse der
anliegenden Spannung bzw. Potentialdifferenz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung so weiterzubilden,dass diese. auch eine quantitative Anzeige der
an den Prüfanschlüssen anliegenden Spannung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Leuchtdiode
ein gesonderter Strombegrenzungswiderstand vorgeschaltet ist, dass zu einer der
Leuchtdioden und ihrem vorgeschalteten Widerstand ein oder mehrere Reihenkreise
parallel geschaltet sind, die jeweils aus einer Zener-Diode (Z-Diode) einer zu dieser
Leuchtdiode gleichgepolten Leuchtdiode und einem Strombegrenzungswiderstand bestehen,
wobei die Durchbruchspannungen der Zener-Dioden von einem Reihenkreis zum nächsten
schrittweise zunehmen, und dass die Strombegrenzungswiderstände Widerstände mit
fallender Strom-Spannungs-Charakteristik sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung-sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Während die bekannte Vorrichtung durch das Aufleuchten der einen oder
der anderen der zwei antiparallel geschalteteten Leuchtdioden nur eine Anzeige der
Polarität der anliegenden
Spannung erlaubt,lässt die erfindungsgemässe
Vorrichtung auch eine quantitative Anzeige der Grösse der anliegenden Spannung zu.
Durch die Anordnung mehrerer parallel geschalteter gleichsinnig gepolter Leuchtdioden
mit jeweils in Reihe geschalteten Zener-Dioden mit fortlaufend abgestuften Durchbruchspannungen
wird erreicht, dass jeweils diejenigen dieser parallel geschalteten Leuchtdioden
aufleuchten, für die die anliegende Spannung die Durchbruchspannung der vorgeschalteten
Zener-Diode überschreitet.
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Dadurch kann eine der Zahl der parallel geschalteten Reihenkreise
entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Spannungsbereichen angezeigt werden.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung stellt somit zwar kein Spannungsmessgerät
dar, das eine exakte Bestimmung der anliegenden Spannung zulässt. Für eine orientierende
Prüfung in der Praxis ist es jedoch in den meisten Fällen ausreichend, wenn die
anliegende Spannung in nur wenigen Schritten in ihrer Grössenordnung festgestellt
werden kann.
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Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zur Prüfung von Halbleiterschaltungen,
die nur einige wenige unterschiedliche Potentialwerte aufweisen.
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Die Verwendung von Strombegrenzungswiderständen mit fallender Strom-Spannungs-Charakteristik
bietet den zusätzlichen
Vorteil, dass jeweils nur diejenigen der
parallel gerichteten Leuchtdioden stark aufleuchten, für die die anliegende Spannung
nur wenig über der Durchbruchspannung der vorgeschalteten Z-Diode liegt. Diejenigen
Leuchtdioden, deren vorgeschaltete Z-Diode eine niedrigere Durchbruchspannung hat,
leuchten nur wenig auf, da der zugehörige Strombegrenzungswiderstand, vorzugsweise
ein Kaltleiter, bereits so hohe Widerstandswerte annimmt, dass der Stromfluss durch
diesen Reihenkreis gering wird.
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Vorzugsweise wird den parallel geschalteten Reihenkreisen ein Gleichrichter
vorgeschaltet. Dadurch wird es möglich, die Vorrichtung auch zur Anzeige von Wechselspannungen
zu verwenden.
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Für die praktische Verwendung wird die Vorrichtung in ein stabförmiges
Gehäuse eingeschlossen, dessen metallische Spitze den einen Prüfanschluss bildet,
wie dies an sich aus der DE-PS 20 60 884 bekannt ist. Die Leuchtdioden sind durch
fensterartige Durchbrüche dieses Gehäuses sichtbar.
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Vorzugsweise sind die den parallel gerichteten Dioden zugeordneten
Durchbrüche geradlinig aneinander anschliessend angeordnet, so dass sie gewissermassen
eine Anzeigeskala für die zu prüfende Spannung bilden.
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Im folgenden werdendie Erfindung, ihre Vorteile und ihre Funktionsweise
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnugn näher
erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild der Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltung der Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Abwandlung
der Schaltung der Fig. 1 und Fig. 4 die Anordnung der Schaltung der Fig. 1 in einem
im Längsschnitt dargestellten Gehäuse.
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Wie der Schaltplan der Fig. 1 zeigt, besteht die Vorrichtung aus zwei
Prüfanschlüssen a und b, an die die zu prüfende Spannung angelegt wird. Die Prüfanschlüsse
a und b sind einerseits über eine Leuchtdiode 10 und einen vorgeschalteten Kaltleiter
12 als Strombegrenzungswiderstand mit fallender Strom-Spannungs-Charakteristik verbunden.
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Parallel dazu sind die Prüfanschlüsse a und b auch über mehrere parallel
geschaltete Reihenkreise und eine diesen vorgeschaltete Gleichrichterdiode 14 verbunden.
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Der erste dieser parallel geschalteten Reihenkreise besteht aus einer
Leuchtdiode 16 und einem Kaltleiter 18 als Strombegrenzungswiderstand. Die anderen
Reihenkreise bestehen jeweils aus einer Zener-Diode 201, 202 einer Leuchtdiode 161,
162 ... und einem Kaltleiter 181, 182.... Die Leuchtdioden 16, 161, 162 ... sind
jeweils gleichgerichtet gepolt und ebenso wie die Gleichrichterdiode 14 der Leuchtdiode
lo entgegengerichtet gepolt. Die Durchbruchspannungen der Zener-Dioden 201, 202
... nehmen jeweils schrittweise von einem Reihenkreis zum nächsten zu.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung bei der Prüfung von Gleichspannung
ist folgende: Liegt am Prüfanschluss b ein gegenüber dem Prüfanschluss a positives
Potential an, so leuchtet die Leuchtdiode 10 auf.
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Der Strom wird durch den Strombegrenzungswiderstand 12 begrenzt. Die
Gleichrichterdiode 14 und die Leuchtdioden 16, 161, 162 ... liegen in Sperrichtung,
so dass diese Leuchtdioden nicht leuchten.
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Das Aufleuchten der Leuchtdiode 10 zeigt an, dass eine Spannung anliegt
und dass die Prüfanschlüsse umgepolt werden müssen, falls die Höhe dieser anliegenden
Spannung festgestellt werden soll.
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Liegt an dem Prüfanschluss a ein gegenüber dem Prüfanschluss b positives
Potential an, so sperrt die Leuchtdiode 10 und leuchtet nicht. Die Gleichrichterdiode
14 liegt dagegen ebenso wie die Leuchtdioden 16, 161, 162 in Durchlassrichtung.
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Die Leuchtdiode 16 leuchtet daher auf, falls die anliegende Spannung
die minimale Durchlassspannung dieser Leuchtdiode 16 überschreitet. Ebenso leuchten
die Leuchtdioden 1611 162 ... auf, falls die anliegende Spannung die Durchbruchsspannung
der jeweils vorgeschalteten Z-Diode 201, 202 ... übertrifft. Aus dem Aufleuchten
der Leuchtdioden 16, 1611 162 ... kann somit die an den Prüfanschlüssen a und b
anliegende Spannung bestimmt werden.
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Neben dieser beschriebenen Funktion für die Anzeige der Höhe der zu
bestimmenden Spannung haben die Z-Dioden 201, 202 ... zusätzlich den Vorteil, dass
sie nach Art eines Spannungsteilers mit den Kaltleiterwiderständen 181, 182 zusammenwirken.
Über die Kaltleiterwiderstände 181, 182 fällt somit nur eine Teilspannung ab, so
dass aufgrund der fallenden Strom-Spannungs-Charakteristik dieser Widerstände eine
höhere Stromstärke möglich ist, die die Leuchtstärke der Leuchtdioden 161, 162 ...
wesentlich erhöht.
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Die unterschiedlichen Durchbruchspannungen der Z-Dioden 201 202 ...
der einzelnen parallel geschalteten Reihenkreise
hat ausserdem
ein unterschiedliches Spannungsteilerverhäitnis für die einzelnen Reihenkreise zur
Folge. Je niedriger die Durchbruchspannung der Z-Diode ist, um so mehr erhöht sich
aufgrund der fallenden Charakteristik der Widerstand des zugehörigen Kaltleiterwiderstandes.
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Am höchsten ist dieser Widerstand selbstverständlich in dem Reihenkreis
der Leuchtdiode 16, der überhaupt keine Zener-Diode aufweist. Der Stromfluss durch
die Reihenkreise mit niedriger Durchbruchspannung der Zener-Diode ist daher gering
und die Leuchtdioden dieser Reihenkreise leuchten nur schwach. Am stärksten leuchtet
deshalb die Leuchtdiode desjenigen Reihenkreises, für den die an den Prüfanschlüssen
a und b anliegende Spannung am wenigsten über der Durchbruchspannung der Z-Diode
liegt.
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Diese Eigenschaft der Schaltung führt einerseits zu einer deutlicheren
Anzeige der zu prüfenden Spannung und andererseits zu einer geringeren Strombelastung
der zu prüfenden Spannung.
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Die vorstehende Beschreibung der Funktion zeigt, dass bei der Prüfung
von Gleichspannung an sich die Gleichrichterdiode 14 überflüssig ist, so dass für
diesen Zweck die Vorrichtung auch ohne diese Gleichrichterdiode ausgeführt sein
könnte.
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Im folgenden wird die Funktionsweise bei Prüfung von Wechselspannung
beschrieben: Liegt an den Prüfanschlüssen a und b eine Wechselspannung an, so wird
diese über die Gleichrichterdiode 14 gleichgerichtet, so dass die Z-Dioden 2011
202 ... in der zuvor für Gleichspannung beschriebenen Weise wirksam werden können.
Die Anzeige der Grösse der Wechselspannung erfolgt durch die Leuchtdioden 16, 161,
162 ... in derselben Weise, die vorstehend für Gleichspannung beschrieben wurde.
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Bei der Halbwelle der Wechselspannung, bei welcher der Prüfanschluss
a negativ ist, leuchtet die Leuchtdiode 10 auf. Das zusätzliche Aufleuchten der
Leuchtdiode 10 zeigt somit an, dass es sich bei der zu prüfenden Spannung, deren
Höhe durch die Leuchtdioden 16, 161, 162 ... angezeigt wird, um eine Wechselspannung
handelt.
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Sollen mit der Vorrichtung auch höhere Spannung angezeigt werden,
so können in den entsprechenden Reihenkreisen zwei oder mehrere Z-Dioden hintereinander
geschaltet werden, wie dies in Fig. 1 für den untersten der parallel geschalteten
Reihenkreise durch die zwei Z-Dioden 207 dargestellt ist. Die Durchbruchspannung
dieser hintereinander geschalteten Z-Dioden addiert sich somit.
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Eine Einsparung an Bauelementen kann dabei durch die in Fig. 2 dargestellte
Abwandlung erhalten werden. Hierbei zweigt der Reihenkreis 207, 167, 187 erst hinter
der Z-Diode 206 von dem davor angeordneten parallel geschalteten Reihenkreis mit
niedrigerer Durchbruchspannung ab.
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Die Durchbruchspannung der Z-Diode 207 addiert sich dabei zur Durchbruchspannung
der Z-Diode 206 des vorangehenden Reihenkreises.
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In einer weiteren Abwandlung, die in Fig.3 dargestellt ist, wird der
Strombegrenzungswiderstand 18n durch einen Kondensator 22 überbrückt. Der Kondensator
22 vergrössert den Stromfluss durch den Reihenkreis bei anliegender Wechselspannung
und erhöht somit die Leuchtstärke der Leuchtdiode 16n In Fig. 4 ist eine für den
Einsatz in der Praxis geeignete Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt, bei
welcher die Schaltung der Fig.1 in einem stabförmigen Gehäuse 24 mit einem Griffring
26 eingeschlossen ist. Der Prüfanschluss a ist als metallische Spitze aus dem Gehäuse
24 herausgeführt. Die Leuchtdiode 10 befindet sich in der Nähe der Spitze des Stabes,
während die Leuchtdioden 16, 161, 162 in Längsrichtung des Stabes aneinander anschliessend-angeordnet
sind. Die Leuchtdioden lo, 16, 161, 162 ... sind jeweils durch Durchbrüche des Gehäuses
24 von aussen sichtbar, wobei jeweils die durch die Leuchtdioden 16, 161, 162 angezeigten
Spannungswerte als Skala neben diesen Durchbrüchen an der Gehäuseaussenseite vermerkt
sind. Der Prüfanschluss
b befindet sich am Ende einer aus dem
Gehäuse 24 herausgeführten flexiblen Leitung und wird zur leichteren Handhabung
ebenfalls von einem stabförmigen Körper 28 mit Griffring 30 gehalten.
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Zwischen den Prüfanschluss a oder den Prüfanschluss b und den jeweils
nächsten Verzweigungspunkt der Schaltung kann ein in der Zeichnung nicht dargestellter
Tastschalter vorgesehen sein, so dass ein Stromfluss durch die Vorrichtung nur bei
Betätigung dieses Tastschalters erfolgt. Dadurch wird die Strombelastung der zu
prüfenden Spannungsquelle weiter verringert.