DE2934594C2 - Annäherungsschaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Annäherungsschaltvorrichtung mii einer eine Nachweisspule enthaltenden Schwingschaltung, einer Signalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Nachweissignais ansprechend auf eine Schwingungsamplitude der Schwincschaltung, und einer Ausgangsschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals auf das Nachweissignal hin, wobei die Ausgangsschaltung ein Paar von Darlington-Schaltungen mit einem gemeinsamen Ausgang aufweist, zur Lieferung einer ersten oder zweiten Spannung am Ausgang die eine oder die andere Darlingtonschaltung leitend geschaltet wird und für Transistoren der Darlington-Schaltungen Konstantstromquellen mit deren Basen verbunden sind.

Bei einer der Ausgangsschaltung vergleichbaren bekannten Treiberschaltung (DE-OS 26 12 548) sind die dort verwendeten Darlington-Schaltungen gleichartige Darlington-Schaltungen, die beide als NPN-Transistoren wirken. Dementsprechend werden auch beide durch getrennte Schaltmittel leitend geschaltet. Im leitenden Zustand fließt aus einem zugeordneten Kollektor eines Multikollektortransistors ein konstanter Basisstrom in den Eingangstransislor der entsprechenden Darlington-Schallung. Durch diesen Basisstrom wird auch der Arbcitszusland ihres Ausgangstransistors festgelegt.

Eine solche Darlington-Schaltung hat nun den Nachteil, daß ihre Sältigungsrestspannung gegenüber derjenigen eines Einzeltransistors erhöht ist. Es ist daher wünschenswert, daß im Bereich kleiner Lasten nur einer der beiden Transistoren, d. h. der Ausgangstransistor, der Darlington-Schaltung arbeitet bzw. wirksam ist. Dies läßt sich aber nur erreichen, wenn die Arbeitspunkte der einzelnen Stufen der Darlington-Schaltung unabhängig voneinander einstellbar sind. Bei der erwähnten bekannten Schaltung ist dies nicht gegeben. Außerdem ist bei ihr nachteilig, daß bei ihr die beiden Darlington-Schaltungen getrennt leitend bzw. nichtleitend geschaltet werden. Dies ist auch eine f^;olge der Tatsache, daß dort die beiden Darlington-Schaltungen gleichartige Darlington-Schaltungen sind, d, h, beide NPN-Transistoren entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist daher, beide Darlingtonä Schaltungen durch ein einziges Signal automatisch komplementär schaltbar und die Stufen einer Darlington-Schaltung relativ zueinander hinsichtlich ihres Wirksamwerdens einstellbar zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der

ίο Ausgangsschaltung der Annäherungsschaltvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die beiden Darlington-Schaltungen komplementäre Darlington-Schaltungen sind, die über einen Ansteuertransistor eingesteuert werden, so daß beim Leitendwerden

π der einen Darlington-Schaltung die andere nicht-leitend wird, und daß bei wenigstens einer der Darlington-Schaltungen zum lastabhängigen Wirksamwerden der einzelnen Stufen der Darlington-Schaltung gesonderte Konstantstromquellen für die Basiskreise dieser Stufen vorgesehen sind. Damit können in einfacher Weise die beiden Darlington-Schaltungen, die als komplementäre Darlington-Schaltungen in anderem Zusammenhang bekannt sind (DE-AS 22 06 974), durch ein gemeinsames Steuersignal komplementär geschaltet werden, wobei außerdem erreicht ist, daß die Arbeitspunkte der Transistoren verschiedener Stufen unabhängig voneinander so eingestellt werden können, daß für geringe Lastströme nur die Ausgangsstufe arbeitet. Auf diese Weise läßt sich für solche Lastströme die Restsättigungsspannung entsprechend der eines Einzeltransistors gering halten.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Annäherungsschaltvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Ausgangsschaltung der Fig. 1,und

Fig. 3 und 4 Abwandlungen der Ausgangsschaltung

Jf) der F i g. 2.

Gemäß Fig. I umfaßt eine Annäherungsschaltvorrichtung nach der Erfindung eine bekannte Oszillatorschaltung 2 mit einer Spule, eine bekannte Nachweissignalerzeugungsschaltung 3. und eine Ausgangsschaltung4.

Die Nachweisspule 1 ist Teil eines LC-Resonanzkreises. Wenn sich ein Gegenstand der Spule 1 nähert, ändert sich die Schwingungsamplitude der Oszillatorschaltung 2. Da die Signalerzeugungsschaltung 3 den Wert der Schwingungsamplitude diskriminiert, erzeugt sie bei Empfang einer solchen Amplitudenänderung ein Nachweissignal. Die Ausgangsschaltung 4 erhält das Nachweissignal und erzeugt ein verstärktes Ausgangssignal.

Eine Last, etwa ein elektromagnetisches Relais oder irgendeine Steuerschaltung, kann zwischen einem gemeinsamen Ausgangsanschluß OLT und einem Masseanschluß OV oder zwischen dem Ausgangsanschluß OUT und einem .Spannunganschluß Vcc ange-

ho schlossen sein.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Ausgangsschaltung 4 der Fig. 1 gezeigt, die zwei Darlington-Schaltungen umfaßt. Eine der Darlington-Schaltungen besteht aus zwei NPN-Transistoren (im

f>5 folgenden als NPN-Darlington-Schaltung bezeichnel) und die andere Darlington-Schaltung aus zwei PNP-Transistoren und zwei NPN-Transistoren (im folgenden als PNP-Darlington-Schaltung bezeichnet).

Die NPN-Darlington-Schaltung arbeitet als NPN-Transistor, während die PNP-Darlington-Schaltung als PNP-Transistor arbeitet, auch wenn sie NPN-Transistoren enthält.

Die zwei Darlington-Schaltungen sind so miteinander ι verschaltet, daß sie als komplementäres Transistorenpaar arbeiten.

Eingangsbasisanschlüsse der beiden Darlington-Schaltungen sind mit einem Kollektor eines Transistors 20 verbunden, der die Darlington-Schaltungen ansprechend auf ein Nachweissignal der in F i g. 1 gezeigten Nachweissignalerzeugungsschaltung 3 steuert.

Zwei Konstantstromschaltungen 23 und 24 sind in der NPN-Darlington-Schaltung angeschlossen und liefern einen Basisvorspannungskonstautstrom an die Transistören 21 und 22.

Mit den Emittern von Transistoren 26 und 27 verbundene Widerstände 30 und 31 können alternativ auch mit deren Basen verbunden sein.

Zwei Dioden 32 und 33 dienen zur Absorption der 'u Stoßspannung, die erzeugt wird, wenn eine kapazitive oder induktive Last angeschlossen wird.

Im Betrieb ist der Transistor 20 anfängLch in den Sperrzustand vorgespannt, schaltet aber in den Durchlaßzustand, wenn ein Eingangssignal von der Signalerzeugungsschaltung 3 auf die Basis des Transistors 20 gegeben wird, was bewirkt, daß die aus den Transistoren 21 und 22 bestehende NPN-Darlington-Schaltung, die anfänglich in den Durchlaßzustand vorgespannt war, in den Sperrzustand geschaltet wird m und die aus den Transistoren 26 bis 29 und Widerständen 30 und 31 bestehende PNP-Darlington-Schaltung, die anfänglich in den Sperrzustand vorgespannt war, in den Durchlaßzustand geschaltet wird.

Wenn der Treibertransistor 20 in den Sperrzustand ji vorgespannt ist, speist die NPN-Darlington-Schaltung einen Laststrom in die zwischen den Anschlüssen OUT und OK angeschlossene Last. Bei im Durchlaßzustand befindlichen Treibertransistor 20 zieht die PNP-Darlington-Schaltung den Laststrom von der Spannungslei- jo tung durch .:ie zwischen den Anschlüssen OUTund Vcc angeschlossene Last.

Gemäß der Erfindung arbeiten die beiden oben erwähnten Darlington-Schaltungen niemals gleichzeitig. Der Grund dafür ist folgender. Wenn eine Last über der oberen oder unteren Darlingtonschaltung angeschlossen ist, erscheint eine bestimmte Spannung Vo am gemeinsamen Ausgangsanschluß OUT. Der Transistor 22 schaltet durch, wenn die Basisspannung höher als Vo + VflAYVß/r bezeichnet die Spannung zwischen Basis und Emitter) ist, während der Transistor 29 in den Durchlaßzustand schaltet, wenn die Basisspannung niedriger als Vo — V_BE ist. Da die Spannung am Kollektor des Treibertransistors 20 nicht beide Bedingungen gleichzeitig erfüllen kann, können die Transisto- 5-, ren 22 und 29 bzw. die NPN-Darlington-Schaltu"e und die PNP-Darlington-Schaltung nicht gleichzeitig üibeilen.

Bei kleinerem Laststrom arbeiten nur der Transistor 22 oder die Transistoren 27 und 29, der bzw. die die (>o letzte Stufe ihrer Darlington-Schaltung ist bzw. sind, während der Transistor 21 oder die Transistoren 26 und 28, der bzw. die die erste Stufe ist bzw. sind, nicht arbeiten. Infolgedessen hängt die Sättigungsspannung der einzelnen Darlington-Schaltungsn nur von den Transistoren 22 und 29 ab.

Bei größerem Laststrom arbeiten alle Transistoren 21, 22 bzw. 26 bis 29 als Darlington-Schaltung, was zu einer Erhöhung der Sättigungsspannung führt. Der gesamte Basis- bzw. Verluststrom jeder Darlington-Schaltung nimmt jedoch mit zunehmendem Laststrom nicht zu. Das oben erwähnte Arbeiten wird durch entsprechende Einstellung der Konstantstromschaltungen 23,24 und der Widerstände 30,31 erreicht.

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Ausgangsschaltung der F i g. 2. Den Transistoren 26 und 27 in F i g. 2 entsprechen Transistoren 26/4 und 27 A in F i g. 3, die als Mehrkollektortransistor mit gemeinsamem Emitter und gemeinsamer Basis aufgebaut sind. Ein solcher Transistor läßt sich leicht in einen Einzelchiphalbleiter integrieren, wenn die Ausgangsschaltung oder die gesamte Schaltung der Annäherungsschaltvorrichtung integriert werden soll. Mit den Emittern oder Basen können, wie oben beschrieben, geeignete Widerstände verbunden sein.

In F i g. 2 and F i g. 3 ist eine Diod" 25 so eingerichtet, daß sie einen Strom von der Konstant stromschaltung 24 zum Kollektor des Treibertransistors 20 ohne Kurzschließen der Basis-Emitterstrecke des Transistors 21 durchläßt.

Wenn eine Last zwischen den Anschlüssen OUTund OV angeschlossen und der Treibertransistor 20 in den Durchlaßzustand gebracht wird, werden die Basis-Emitterspannung des Transistors 22 und der Vorwärtsspannungsabfall der Diode 25 gegeneinander aufgewogen, wobei eine sich der Kollektor-Emittersättigungsspannung des Treibertransistors 20, die ungefähr 0,2 V beträgt, nähernde Spannung zwischen diesen Anschlüssen verbleibt.

F i g. 4 zeigt eine verbesserte Schaltung zur Beseitung einer solchen Restspannung, nach welcher ein zusätzlicher Treiberiransistor 20a den Strom aus der Konstantstromschaltung 24 steuert und die Kollektor-Emiuersättigungsspannu:ig des Transistors 2OA dur-h die Basis-Emittersättigungsspannung des Transistors 22 ausgeglichen wird.

Fline Diode 34 ist eine Schutzdiode, die den Transistor 22 vor einem Basis-Emitterdurchbruch schützt, wenn der Transistor 20A früher als der Transistor 20 in den Durchlaßzustand geschaltet wird. Solches kann auftreten, wenn eine kapazitive Last angeschlossen wird. Die Transistoren 22 und 29 arbeiten niemals gleichzeitig, selbst dann nicht, wenn die Transistoren 20 und 204 zeitlich unterschiedlich arbeiten.

Wie oben ausgeführt, ist nach der Erfindung ausgeschlossen, daß ein Paar von Ausgangstransistoren gleichzeitig arbeitet. Der Stromverbrauch der Ausgangsschaltung wird durch Verwendung von Darlington-Schaltungenfürzwei komplementäre Ausgangstransistoren vermindert. Im allgemeinen ist die Verwendung einer Darlington-Schaltung zur Senkung d:s> Stromverbrauchs insofern nachteilig, als die Restsättigungsspannung als Folge davon steigt. Dieser Nachteil läßt sich bei kleinem Laststrom durch getrenntes Vorspannen der Transistoren best itigen. D. h., nur der Transistor der letzten Stufe wird durch einen Vorspannungsstrom betrieben. Darlington-Schaltungen, von denen iede aus drei oder mehr Transistoren besteht, können ebenfalls verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Annäherungsschaltvorrichtung mit einer eine Nachweisspule enthaltenden Schwingschaltung, einer Signalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Nachweissignals ansprechend auf eine Schwingungsamplitude der Schwingschaltung, und einer Ausgangsschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals auf das Nachweissignal hin, wobei die Ausgangsschaltung ein Paar von Darlingtonschaltungen mit einem gemeinsamen Ausgang aufweist, zur Lieferung einer ersten oder zweiten Spannung am Ausgang die eine oder die andere Darlingtonschaltung leitend geschaltet wird und für Transistoren der Darlingtonschaltungen Konstantstromquellen mit deren Basen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beide Darlingtonschaltungen komplementäre Darlingtonschaltungen sind, die über einen Ansteuertransistor (20) angesteuert werden, so daß beim Leitendwerden der einen Darlingtonschaltung die andere nicht-leitend wird, und daß bei wenigstens einer der Darlingtonschaltungen zum lastabhängigen Wirksamwerden der einzelnen Stufen der Darlingtonschaltung gesonderte Konstantstromquellen (23; 24) für die Basiskreise dieser Stufen (21; 22) vorgesehen sind.