DE3029717A1 - Touch switch circuit - has single LC resonant circuit and differential amplifier - Google Patents
Touch switch circuit - has single LC resonant circuit and differential amplifierInfo
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Abstract
Description
Berührungsschalter Touch switch
Die Erfindung betrifft einen Berührungsschalter mit einem eine Berührungselektrode aufweisenden nd bei Berührung der Berührungselektrode die Schwingamplitude ändernden LC-Oszillator, dem ein Gleichrichter und ein ein Schaltmittel steuernder Schwellwertschalter nachgeschaltet sind.The invention relates to a touch switch with a touch electrode having nd changing the oscillation amplitude when the touch electrode is touched LC oscillator, which has a rectifier and a threshold switch controlling a switching means are downstream.
Aus der DE-AS 13 03 409 ist ein derartiger Berührungsschalter bekannt, bei dem als Oszillator eine Huth-Kühn-Schaltung verwendet wird wobei an den Ausgang des Oszillators ein Gleichrichter mit Siebkondensator angeschlossen ist. Mittels eines mit seiner Steuerstrecke dem Kondensator parallel geschalteten Transistors wird in Abhängigkeit von der Ladespannung des Kondensators der Spannungsabfall an einem Versorgungswiderstand für die gesamte Schaltung verändert, so daß in Abhängigkeit von der Änderung des Spannungsabfalls an dem Versorgungswiderstand ein Schwellwertschalter und damit ein nachgeschaltet es Relais gesteuert wird.From DE-AS 13 03 409 such a touch switch is known, in which a Huth-Kühn circuit is used as the oscillator, with the output A rectifier with filter capacitor is connected to the oscillator. Means a transistor connected in parallel with the capacitor with its control path the voltage drop is dependent on the charging voltage of the capacitor a supply resistor for the entire circuit changed so that as a function a threshold switch of the change in the voltage drop across the supply resistor and so that a downstream relay is controlled.
Die Huth-Kühn-Schaltung erfordert zwei Parllelschwingkreise, von denen der eine in dem Kollektorstromkreis des zu dem Oszillator gehörenden Transistors und der andere in dessen Basisstromkreis liegt. Damit der Oszillator schwingen kann, müssen beide Parallelschwingkreise auf die gleiche Frequenz abgestimmt werden. Die Rückkopplungsbedingung bzw. die Verkopplung der beiden Schwingkreise erfolgt durch einen von dem Kollektor zu der Basis des in dem Oszillator vorhandenen Transistors führend en Kondensa-. Mit dem heißen Ende des in ñsm Basisstromkreis liegenden Parallelschwingkreises ist eine Berührungselektrode verbunden.The Huth-Kühn circuit requires two parallel resonant circuits, one of which the one in the collector circuit of the transistor belonging to the oscillator and the other is in its base circuit. So that the oscillator can oscillate, must have both parallel resonant circuits tuned to the same frequency will. The feedback condition or the coupling of the two oscillating circuits occurs through one of the collector to the base of the one present in the oscillator Transistor leading en capacitor. With the hot end of the in ñsm base circuit lying parallel resonant circuit is connected to a contact electrode.
Bei Berühren der Berührungselektrode tritt eine Verstimmung des an die Basis angeschlossenen Parallelschwingkreises auf, so daß die Phasenbedingung zwischen dem im Kollektorkreis liegenden Schwingkreis und dem an der Basis angeschlossenen Parallelschwingkreis verändert wird und die Schwingungen des LC-Oszillators abreißen; in der Folge entläd sich der Siebkondensator an dem Gleichrichter und der nachgeschaltete Transistor wird gesperrt. Dementsprechend sinkt der Spannungsabfall an dem Versorgungswiderstand, so daß das Relais umschalten kann.If the touch electrode is touched, the will be detuned the base connected parallel resonant circuit, so that the phase condition between the resonant circuit in the collector circuit and the one connected to the base The parallel resonant circuit is changed and the oscillations of the LC oscillator are broken off; As a result, the filter capacitor discharges on the rectifier and the downstream one The transistor is blocked. The voltage drop across the supply resistor decreases accordingly, so that the relay can switch.
Durch die Verwendung von zwei LC-Schwingkreisen für den Oszillator ist es erforderlich, beide Schwingkreise exakt aufeinander abzustimmen und gegebenenfalls für beide eine Temperaturkompensation vorzusehen, damit nicht etwa versehentlich durch Temperaturänderungen ein Abreißen der Schwingungen auftritt bzw. im berührten Zustand der Berührungselektrode Schwingungen auftreten können. Durch die Verwendung von zwei Schwingkreisen, die aufeinander abzustimmen sind und der gesondert einzustellenden Rückkopplungsbedingung ist die Schaltung verhältnismäßig aufwendig und demzufolge teuer in der Fertigung. Andererseits ist die Schaltung empfindlich gegen Alterungen der Bauelemente und starken Änderungen der Umgebungsbedingungen.By using two LC resonant circuits for the oscillator it is necessary to coordinate both oscillating circuits exactly and if necessary to provide a temperature compensation for both, so as not inadvertently Due to temperature changes, the vibrations are torn off or in the touched area Condition of the contact electrode vibrations can occur. By using of two oscillating circuits, which are to be coordinated with one another and which are to be set separately Feedback condition, the circuit is relatively complex and therefore expensive to manufacture. On the other hand, the circuit is sensitive to aging of the components and major changes in the environmental conditions.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Berührungsschalter zu schaffen, der einfacher in der Herstellung und unempfindlicher gegen Änderungen der Bauelementewerte sowie der Umgebungsbedingungen ist.The object of the invention is therefore to provide a touch switch create that is easier to manufacture and less sensitive to changes the component values as well as the ambient conditions.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Berührungsschalter dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Oszillator einen einzigen Parallelschwingkreis enthält, dessen heißes Ende über einen Längswiderstand an die Berührungselektrode angekoppelt ist.The touch switch according to the invention is used to solve this problem characterized in that the LC oscillator has a single parallel resonant circuit contains, the hot end of which is connected to the touch electrode via a series resistor is coupled.
Durch die Verwendung eines einzigen Schwingkreises in dem LC-Oszillator entfällt praktisch jegliches Einstellen, da die genaue Schwingfrequenz des LC-Oszillators innerhalb relativ weiter Grenzen bedeutungslos ist. Auch die Wahl des Längswiderstandes ist innerhalb relativ weiter Grenzen möglich, so daß hier eine Einstellung entfällt.By using a single resonant circuit in the LC oscillator There is practically no need for any setting, as the exact oscillation frequency of the LC oscillator is required is meaningless within relatively wide limits. Also the choice of the series resistance is possible within relatively wide limits, so that no setting is required here.
Es ist vorteilhaft, wenn der Längswiderstand in einem Bereich zwischen 100 Q und 100 Kf- liegt.It is advantageous if the series resistance is in a range between 100 Q and 100 Kf- lies.
Je nach Einsatzbereich kann die Empfindlichkeit des Berührungsschalters einstellbar sein und hierzu kann dem LC-Schwingkreis ein Widerstand parallelgeschaltet sein.Depending on the area of application, the sensitivity of the touch switch be adjustable and for this purpose a resistor can be connected in parallel to the LC resonant circuit be.
Wenn es aus Sicherheitsgründen notwendig ist, kann zum gleichspannungsmäßigen Entkoppeln zwischen der Berührungselektrode und dem LC-Oszillator ein Kondensator in Reihe zu dem Längswiderstand zwischen der Berührungselektrode und dem heißen Ende des Parallelschwingkreises liegen.If it is necessary for safety reasons, the DC voltage can be used Decoupling a capacitor between the touch electrode and the LC oscillator in series with the series resistance between the touch electrode and the hot one The end of the parallel resonant circuit.
Ein sehr einfacher LC-Oszillator ist mittels eines Differenzverstärkers aufzubauen, dessen Ausgang an das heiße Ende des Parallelschwingkreises und an den nicht invertierenden Eingang angekoppelt ist.A very simple LC oscillator is by means of a differential amplifier build, its output to the hot end of the parallel resonant circuit and to the not inverting input is coupled.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es Zeigen: Fig.1 einen Berührungsschalter gem. der Erfindung in einem Blockschaltbild und Fig. 2 einen LC-Oszillator für den Berührungsschalter nach Fig. 1.In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention shown. It shows: FIG. 1 a touch switch according to the invention in a block diagram and FIG. 2 shows an LC oscillator for the touch switch according to Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Berührungsschalter 1 veranschaulicht, der einen LC-Oszillator 2 enthält, an den ein Gleichrichter 4 angeschlossen ist. An einem Eingang 6 des Oszillators 2 liegt das heiße Ende 8 eines aus einer Induktivität 10 und einem Kondensator 12 gebildeten Parallelschwingkreises 14, dessen kaltes Ende mit der Schaltungsmasse 16 verbunden ist. Von dem heißen Ende 8 des Parallelschwingkreises 14 führt ein Längswiderstand 18 zu einem der galvanischen Trennung dienenden Kondensator 20, dessen dem Längswiderstand 18 abgewandten Ende an eine Berührungselektrode 22 angeschlossen ist.In Fig. 1, a touch switch 1 is illustrated, the one Contains LC oscillator 2 to which a rectifier 4 is connected. On one Input 6 of the oscillator 2 is the hot end 8 of an inductance 10 and a capacitor 12 formed parallel resonant circuit 14, the cold End is connected to the circuit ground 16. From the hot end 8 of the parallel resonant circuit 14, a series resistor 18 leads to a capacitor used for galvanic separation 20, whose end facing away from the series resistor 18 is connected to a contact electrode 22 connected.
Das aus dem Gleichrichter 4 kommende Signal wird in einem an dem Ausgang 24 des Gleichrichters 4 angeschlossenen Sieb- oder Glättungskondensator 26 gesiebt.The signal coming from the rectifier 4 is at the output 24 of the rectifier 4 connected filter or smoothing capacitor 26 screened.
An den Ausgang 24 ist ferner ein Schwellwertschalter 28 angeschlossen, der durch einen Spannungsdiskriminator, einen Schmitt-Trigger oder dergleichen in bekannter Weise gebildet ist. Mit dem Ausgang des Schwellwertschalters 28 ist die Basis eines Schalttransistors 30 verbunden, in dessen Kollektorstromkreis ein Relais 32 liegt.A threshold switch 28 is also connected to output 24, by a voltage discriminator, a Schmitt trigger or the like in is formed in a known manner. With the output of the threshold switch 28 is the Base of a switching transistor 30 connected, in the collector circuit of which a relay 32 is located.
Zum Einstellen der Empfindlichkeit des Berührungsschalters 1 liegt prallel zu dem Schwingkreis 14 ein Einstellwiderstand 34, mit dem eine Grundbedämpfung des Schwingkreises 14 einzustellen ist.To set the sensitivity of the touch switch 1 is located parallel to the resonant circuit 14, a setting resistor 34 with which a basic damping of the resonant circuit 14 is to be set.
Wenn die Berührungselektrode 22 frei, d.h. nicht mit einem Körperteil eines Benutzers in Berührung steht, schwingt der Oszillator 2 auf einer im wesentlichen durch den Schwingkreis 14 bestimmten Frequenz, beispielsweise 500 KHz, mit einer vorgegebenen Amplitude. Das Wechselspannungsausgangssignal des Osziallators 2 gelangt in den Gleichrichter 4, wird dort gleichgerichtet und lädt den Kondensator 26 auf einen der Ausgangsspannung des Osziallators 2 entsprechenden Gleichspannungswert auf. Die Spannung an dem Kondensator 26 veranlaßt den Schwellwertschalter 28 in die der höheren Spannung entsprechende Lage umzuschalten, so daß beispielsweise der nachfolgende Transistor 30 gesperrt und in der Folge das Relais 32 abgefallen ist.When the touch electrode 22 is free, i.e. not with any part of the body a user is in contact, the oscillator 2 oscillates on a substantially frequency determined by the resonant circuit 14, for example 500 KHz, with a given amplitude. The AC output of the oscillator 2 reaches the rectifier 4, is rectified there and charges the capacitor 26 to a DC voltage value corresponding to the output voltage of the oscillator 2 on. The voltage on the capacitor 26 causes the threshold switch 28 in FIG to switch the position corresponding to the higher voltage, so that, for example the subsequent transistor 30 is blocked and, as a result, the relay 32 has dropped out is.
Sobald der Benutzer mit einem Körperteil die Berührungselektrode 22 anlangt, wird dem Schwingkreis 14 über den Kondensator 20 und den Längswiderstand 18 eine Belastung parallelgeschaltet, die bewirkt, daß die Schwingamplitude des Osziallators 2 kleiner wird, bzw. daß dessen Schwingungen abreißen. Über den Gleichrichter 4 wird demzufolge der Kondensator 26 nurmehr auf eine kleinere Spannung aufgeladen bzw. beim Abreißen der Schwingung entladen, woraufhin der Schwellwertschalter 28 die der niedrigen Eingangsspannung entsprechende Lage einnimmt und den Transistor 30 durchsteuert. Aufgrund des durchgesteuerten Transistors 30 zieht das Relais 32 an und löst eine entsprechende Schaltfunktion aus. Beim Loslassen der Berührungselektrode 22 geht der Oszillator 2 wieder auf die ursprüngliche Schwingamplitude, so daß der Transistor 30 wieder gesperrt wird und das Relais 32 abfällt.As soon as the user touches the touch electrode 22 arrives, the resonant circuit 14 via the capacitor 20 and the series resistance 18 connected in parallel a load that causes the oscillation amplitude of the Osziallator 2 becomes smaller, or that its vibrations stop. About the rectifier 4, the capacitor 26 is therefore only charged to a lower voltage or discharged when the oscillation breaks off, whereupon the threshold value switch 28 assumes the position corresponding to the low input voltage and the transistor 30 drives through. Due to the transistor 30 being turned on, the relay 32 pulls and triggers a corresponding switching function. When releasing the touch electrode 22 the oscillator 2 goes back to the original oscillation amplitude, so that the Transistor 30 is blocked again and relay 32 drops out.
Da der Kondensator 20 lediglich der galvanischen Trennung des heißen Endes 8 des Schwingkreises 14 von der Berührungselektrode 22 dient, sollte seine Kapazität verhältnismäßig groß gewählt werden, während der Widerstand des Längswiderstandes 8 etva im Bereich zwischen 100 dz und 100 K ; liegt.Der parallelwiderstand 34 wird so eingestellt, daß sich bei freier Berührungselektrode 22 eine vorgegebene Schwingamplitude einstellt und bei Berührung die Schwingamplitude auf einen vorgegebenen Wert zusammenbricht.Since the capacitor 20 is only the galvanic separation of the hot End 8 of the resonant circuit 14 of the touch electrode 22 should be Capacitance can be chosen to be relatively large, while the resistance of the series resistance 8 etva in the range between 100 dz and 100 K; The parallel resistor 34 is adjusted so that with a free contact electrode 22 one sets the predetermined oscillation amplitude and when touched the oscillation amplitude collapses a predetermined value.
In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild eines LC-Oszillators für den Berührungsschalter 1 nach Fig. 1 veranschaulicht, bei dem gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen sind.In Fig. 2 is the basic circuit diagram of an LC oscillator for the touch switch 1 according to Fig. 1 illustrates, in which the same components as in Fig. 1 with the same Reference numerals are provided.
Der Oszillator 2 enthält einen Differenzverstärker 40, dessen Ausgang mit dem Gleichrichter 4 verbunden ist. Von dem Ausgang des Differenzverstärkers 40 führt ein Rückkopplungswiderstand 42 zu dem nichthnvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40, während der invertierende Eingang mit der Schaltungsmasse 16 verbunden ist. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 40 könnte auch alternativ an einem Spannungsteiler liegen, der zwischen dem Ausgang der Differenzverstärkers 40 und der Schaltungsmasse 16 eingeschaltet ist.The oscillator 2 contains a differential amplifier 40, the output of which is connected to the rectifier 4. From the output of the differential amplifier 40 leads a feedback resistor 42 to the non-inverting input of the differential amplifier 40, while the inverting input is connected to circuit ground 16. The inverting input of the differential amplifier 40 could also alternatively a voltage divider between the output of the differential amplifier 40 and the circuit ground 16 is switched on.
Die Verbindungsstelle des Rückkopplungswiderstandes 42 mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40 bildet den Eingang 6 des Oszillators 2 nach Fig. 1, an den das heiße Ende 8 des Parallschwingkreises 14 angeschlossen ist. Ferner liegt an dem Eingang 6, wie nach Fig. 1, der Längswiderstand 18,an den der Kondensator 20 angeschlossen ist.The junction of the feedback resistor 42 with the non-inverting one The input of the differential amplifier 40 simulates the input 6 of the oscillator 2 Fig. 1, to which the hot end 8 of the parallel resonant circuit 14 is connected. Further is at the input 6, as shown in Fig. 1, the series resistor 18 to which the capacitor 20 is connected.
Beim Einschalten der nicht veranschaulichten Versorgungsspannung erregt sich der Oszillator 2 wegen der gleichphasig aus dem Differenzverstärker 40 über den Widerstand 42 in den Parallelschwingkreis 14 zurückgeführten Spannung im wesentlichen auf der durch den Parallelschwingkreis 14 festgelegten Frequenz, wenn die Schleifenverstärkung der Anordnung größer eins ist. Ein weiteres Anwachsen der Schwingamplitude wird durch die Sättigung des Differenzverstärkers 40 verhindert.Energized when switching on the non-illustrated supply voltage the oscillator 2 because of the in-phase from the differential amplifier 40 over the resistor 42 in the parallel resonant circuit 14 fed back voltage substantially at the frequency determined by the parallel resonant circuit 14 when the loop gain the Arrangement is greater than one. A further increase in the oscillation amplitude is caused by prevents the saturation of the differential amplifier 40.
Wenn die Berührungselektrode 22 angefaßt wird,ändern sich die Rückkopplungsbedingungen wegen der zusätzlichen Belastung des Parallelschwingkreises 14, so daß die Amplitude des Oszillators 2 sinkt bzw. dessen Schwingungen abreißen. Die Empfindlichkeit des Ocziallators 2 nach Fig. 2 kann entweder durch den Parallelwiderstand 34 oder durch einen nicht veranschaulichten Spannungsteiler eingestellt werden, über den gegenphasig ein bestimmter Anteil der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 40 in den invertierenden Eingang zurückgespeist wird, um so dessen Leerlaufverstärkung zu verringern.When the touch electrode 22 is touched, the feedback conditions change because of the additional load on the parallel resonant circuit 14, so that the amplitude of the oscillator 2 drops or its oscillations stop. The sensitivity of the Ocziallators 2 according to FIG. 2 can either through the parallel resistor 34 or through a voltage divider, not shown, can be set via the anti-phase a certain proportion of the output voltage of the differential amplifier 40 in the inverting Input is fed back in order to reduce its idle gain.
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