DE3029717C2 - Touch switch - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Berünrungsschalter mit einem eine Berührungselektrode aufweisenden und 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 an LC oscillator which has a touch electrode and changes the oscillation amplitude when the touch electrode is touched, to which a rectifier and a threshold value switch controlling a switching means are connected downstream.
Aus der DE-AS 13 03409 ist ein derartiger Berührungsschalter bekannt bei dem als Oszillator ein»- 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 Spannungsabfall.·! an dem Versorgungswiderstand ein Schwellwertschalter und damit ein nachgeschaltetes Relais gesteuert wird.From DE-AS 13 03409 such a touch switch is known in which as an oscillator a »- Huth-Kühn circuit is used, a rectifier with filter capacitor being connected to the output of the oscillator. By means of one with his Control path of the capacitor connected in parallel with the transistor, the voltage drop across a transistor is dependent on the charging voltage of the capacitor Supply resistance for the entire circuit changed, so that depending on the change of the voltage drop. ·! a threshold switch on the supply resistor and thus a downstream switch Relay is controlled.
Die Huth-Kühn-Schaltung erfordert zwei Parallelschwingkreise, von denen der eine in dem Kollektor-Stromkreis 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 führenden Kondensator. Mit dem heißen Ende des in dem Basisstromkreis liegenden Parallelschwingkreises ist eine Berührungselektrode verbunden.The Huth-Kühn circuit requires two parallel resonant circuits, one of which is in the collector circuit of the transistor belonging to the oscillator and the other in its base circuit. In order for the oscillator to oscillate, both parallel oscillating circuits must be tuned to the same frequency. The feedback condition or the The two resonant circuits are coupled by one of the collector to the base of the in the Oscillator existing transistor leading capacitor. With the hot end of the in the base circuit lying parallel resonant circuit is connected to a contact electrode.
Verstimmung des an die Basis angeschlossenen Parallelschwingkreises auf, so daß die Phasenbedingung zwischen dem im Kollektorkreis liegenden Schwinge kreis und dem an der Basis angeschlossenen Parallelschwingkreis verändert wird und die Schwingungen des LC-Oszillators abreißen; in der Folge entlädt sich der Siebkondensator an dem Gleichrichter und der nachgeschaltete Transistor wird abgesperrt Dementsprechend sinkt der Spannungsabfall an dem Versor-Detuning of the parallel resonant circuit connected to the base, so that the phase condition between the resonant circuit located in the collector circuit and the parallel resonant circuit connected to the base is changed and the vibrations of the Demolish the LC oscillator; as a result, the Filter capacitor on the rectifier and the downstream transistor is cut off. ο gungswiderstand, so daß das Relais umschalten kann.ο supply resistance so that the relay can switch over.
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,By using two LC resonant circuits for the oscillator, it is necessary to coordinate the two resonant circuits exactly with one another, and if necessary to provide temperature compensation for both,
is damit nicht etwa versehentlich durch Temperaturänder-ngen ein Abreißen der Schwingungen auftritt bzw. im berührten Zustand der Berührungselektrode Schwingungen auftreten können. Durch die Verwendung von zwei Schwingkreisen, die aufeinander abzustimr.ien sindIs this not inadvertently causing a break in the vibrations due to changes in temperature touched state of the touch electrode vibrations can occur. By the use of two oscillating circles that are to be coordinated with one another und der gesondert einzustellenden Rückkopplungsbedingung ist die Schaltung verhältnismäßig aufwendig und demzufolge teuer in der Fertigung. Andererseits äst die Schaltung empfindlich gegen Alterungen der Bauelemente und starken Änderungen der Umgebungsand the feedback condition to be set separately, the circuit is relatively complex and consequently expensive to manufacture. On the other hand, eat the circuit is sensitive to aging of the components and strong changes in the environment bedingungen.conditions.
Die bekannte Vorrichtung zur Feststellung von beweglichen Metallteilen nach der DEOS 2157 824 enthält als Sensor eilten transformatorisch rückgekoppelten LC-Oszillator, der mittels eines eine vorbestirnm-The known device for determining moving metal parts according to DEOS 2157 824 contains an LC oscillator with a rapid transformer feedback as a sensor, which by means of a pre-determined te Regelzeitkonstante aufweisenden Regelverstärkers während des Betriebs im Zustand der kritischen Kopplung gehalten wird. An der Schwingkreisspule vorbeigeführte Metallteile führen eine Änderung der Kopplungsverhältnisse herbei und bewirken damit einete control time constant having control amplifier during operation in the state of the critical Coupling is held. Metal parts moved past the resonant circuit coil lead to a change in the Coupling relationships and thus cause a
Änderung der Schwingamplitude des Oszillators, die, falls das Metallteil nicht weiterbewegt wird, nach einer vorbestimmten Zeit durch den nachgeschalteten Regelverstärker auf den ursprünglichen Wert zurückgeregelt wird.Change in the oscillation amplitude of the oscillator, which, if the metal part is not moved further, after a a predetermined time is regulated back to the original value by the downstream control amplifier will.
Die bekannte Vorrichtung i.*t aufg. jnd ihres Aufbaus unempfindlich gegenüber unbewegten Metallteilen und Teilen, die nicht aus Metall bestehen, weshalb sie auch als Berührungsschalter nicht verwendet werden kann, weil die menschlichen Körperteile in dem hierThe known device i. * T auf. and their structure insensitive to stationary metal parts and parts that are not made of metal, which is why they are Can not be used as a touch switch because the human body parts in this one
■»5 interessierenden Frequenzbereich die Kopplungsverhältnisse des Transformators praktisch überhaupt nicht beeinflussen können.■ »5 the frequency range of interest, the coupling conditions of the transformer practically do not exist at all can influence.
Eine aus der DE-OS 27 27 201 bekannte Berührungssteuertastenschaltung arbeitet nach dem Prinzip derA touch control key circuit known from DE-OS 27 27 201 works on the principle of Brummeinkopplung, bei dem über den menschlichen Körper aus Fremdfeldern stammende Energie m die Berührungssteuertastenschaltung eingekoppelt und mit entsprechenden Schaltbaugruppen in das jeweils gewünschte Ausgangsignal umgeformt wird.Hum coupling, in which energy coming from external fields through the human body m die Touch control key circuit is coupled in and converted into the desired output signal with appropriate switching assemblies.
Fehlen die Fremdfelder oder erreichen sie nicht wenigstens eine bestimmte Mindestfeldstärke innerhalb des jeweils ausgewerteten Frequenzbereiches, so kann die Schaltung nicht durch Berühren der jeweiligen Berührungselektrode ausgelöst werden.Are the external fields missing or do they not reach at least a certain minimum field strength within of the respectively evaluated frequency range, the circuit cannot be activated by touching the respective Touch electrode are triggered.
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 that is simpler in the Manufacture and is less sensitive to changes in component values and environmental 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 anTo solve this problem, the touch switch according to the invention is characterized in that the LC oscillator contains a single parallel resonant circuit, the hot end of which is connected via a series resistor
die Berührungselektrode angekoppelt istthe touch electrode is coupled
Durch die Verwendung eines einzigen Schwingkreises in dem LC-OszJIIator entfällt praktisch jegliches Einstellen, da die genaue Schwingfrequenz des IC-Oszillators innerhalb relativ weiter Grenzen bedeutungslos ist Auch die Wahl des Längswiderstandes ist innerhalb relativ weiter Grenzen möglich, so daß hier eine Einstellung entfälltBy using a single resonant circuit There is practically no need for any setting in the LC oscillator, as the exact oscillation frequency of the IC oscillator The choice of the series resistance is also meaningless within relatively wide limits possible within relatively wide limits, so that no setting is required here
Es ist vorteilhaft wenn der Längswiderstand in einem Bereich zwischen 100 Ω und 100 kH liegtIt is advantageous if the series resistance is in a range between 100 Ω and 100 kH
Je nach Einsat?hereich kann die Empfindlichkeit des Berührungsschalters einstellbar sein und hierzu kann dem iX-üehwingkreis ein Widerstand parallelgeschaltet sein.Depending on the field of application, the sensitivity of the Touch switch can be adjusted and for this purpose a resistor can be connected in parallel to the iX oscillating 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 Langswiderstand zwischen der Berührungselektrode und dem heißen Ende des Parallelschwingkreises liegen.If it is necessary for safety reasons, DC voltage decoupling between the Touch electrode and the LC oscillator a capacitor in series with the long resistance between the touch electrode and the hot end of the Parallel resonant circuit lie.
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 istA very simple LC oscillator is by means of a Build a differential amplifier, the output of which goes to the hot end of the parallel resonant circuit and to the non-inverting input is coupled
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigtIn the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown
F i g. 1 einen Berührungsschalter gem. der Erfindung in einem Blockschaltbild undF i g. 1 shows a touch switch according to the invention in a block diagram and
F i g. 2 einen LC-Oszillator für den Berührungsschalter nach Fig. 1.F i g. 2 an LC oscillator for the touch switch according to Fig. 1.
In F i g. 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 Längsw^derstand 18 zu einem der galvanischen Trennung dienenden Kondensator 20, dessen dem Längswiderstand 18 abgewandten Ende an eine BeriihrungseleLtrode 22 angeschlossen istIn Fig. 1 illustrates a touch switch 1 which includes an LC oscillator 2 on the one Rectifier 4 is connected to an input 6 of the oscillator 2, the hot end 8 is one of a Inductance 10 and a capacitor 12 formed parallel resonant circuit 14, the cold end of which with the Circuit ground 16 is connected from the hot end 8 of the parallel resonant circuit 14 leads In-line resistance 18 to one of the galvanic separation serving capacitor 20, the Series resistor 18 is connected to a contact electrode 22 facing away from the end
Das aus dem Gleichrichter 4 kommende Signal wird in einem an dem Ausgang 24 des Gleichrichters 4 angeschlossenen Sieb- oder Glättungskondensator 26 gesiebtThe signal coming from the rectifier 4 is transmitted to 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 Spt>nnungsdiskriminator. einen Schmitt-Trigger oder dergleichen in bekannter Weise gebildet ist. Mit dem Ausgang des Schwellwertschalter 28 ist die Basis eines Schalttransistors 30 verbunden, in dessi/n Kollektorstromkreis ein Relais 32 liegt.A threshold value switch 28 is also connected to the output 24, which is controlled by a voltage discriminator. a Schmitt trigger or the like is formed in a known manner. With the outcome of the Threshold switch 28 is connected to the base of a switching transistor 30, in whose collector circuit a Relay 32 is located.
Zum Einstellen der Empfindlichkeit des Berührungsschalters 1 liegt parallel 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, there is a parallel to the resonant circuit 14 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 Oszillators 2 gelangt in den Gleichrichter 4, wird dort gleichgerichtet und lädt den Kondensator 26 auf einen der Ausgangsspannung des Oszillators 2 entsprechenden Gleichspanniingswert 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. H. is not in contact with any part of the body of a user, the oscillator 2 oscillates at a frequency essentially determined by the oscillating circuit 14, for example 500 kHz, with a predetermined amplitude. The AC voltage output of the oscillator 2 reaches the rectifier 4, is rectified there and charges the capacitor 26 to one the output voltage of the oscillator 2 corresponding DC voltage value. The tension on that Capacitor 26 causes threshold switch 28 to move to the position corresponding to the higher voltage to switch over, so that, for example, the following transistor 30 is blocked and subsequently the relay 32 has fallen off.
Sobald der Benutzer mit einem Körperteil die Berührungselektrode 22 anlangt, wird dem Schwingkreis 14 über den Kondensator 20 und den Längswidersiaiid 18 eine Belastung parallelgeschaltet, die bewirkt, daß die Schwingamplitude des Oszillators 2 kleiner wird,As soon as the user reaches the touch electrode 22 with a body part, the oscillating circuit 14 through the capacitor 20 and the longitudinal resistance 18 a load connected in parallel, which causes that the oscillation amplitude of the oscillator 2 becomes smaller,
bzw. daß dessen Schwingungen abreißen. Ober 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 EingangEspannung 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 abfälltor that its vibrations stop. The capacitor 26 is consequently placed above the rectifier 4 only charged to a lower voltage or discharged when the oscillation breaks off, whereupon the Threshold switch 28 assumes the position corresponding to the low input voltage and the transistor 30 activated Due to the activated transistor 30, the relay 32 picks up and triggers one corresponding switching function off. When the touch electrode 22 is released, the oscillator 2 opens again the original oscillation amplitude, so that the transistor 30 is blocked again and the relay 32 falls off
Da der Kondensator 20 lediglich at·' galvanischen Trennung des heißen Endes 8 des Schwingkreises 14 von der Berührungselektrode 22 dient sollte seine Kapazität verhältnismäßig groß gewählt wercen, während der Widerstand des Längswiderstandes 18 etwa im bereich zwischen 100 Ω und 1001d2 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 zusammenbrichtSince the capacitor 20 only at · 'galvanic isolation of the hot end 8 of the resonant circuit 14 is of the touch electrode 22 should its capacity wercen relatively large is selected, while the resistance of the series resistance 18 is approximately in the range between 100 Ω and 1001d2 The parallel resistor 34 is set so that when the contact electrode 22 is free, a predetermined oscillation amplitude is set and, when touched, the oscillation amplitude collapses to a predetermined value
In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild eines LC-Oszillators für den Berührungsschalter 1 nach F i g. 1 veranschaulicht bei dem gleiche Bauelemente wie in F i g. 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 the same components as in FIG F i g. 1 are provided with the same reference numerals.
Der Oszillator 2 enthält einen Differenzverstärker 40, dessen Ausgang mit dem Gleichrichter 4 verbunden ist.The oscillator 2 contains a differential amplifier 40, the output of which is connected to the rectifier 4.
Von dem Ausgang des Differenzverstärkers 40 führ» ein Rückkopplungswiderstand 42 zu dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40, während der inverrerende Eingang mit der Schaltungsmasse 16 verbunden ist. Der invertierende Eingang des Differenz-Verstärkers 40 könnte auch alternativ an einem Spannungteiler liegen, der zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 40 und der Schaltu..gsmass; 16 eingeschaltet ist.From the output of the differential amplifier 40 lead in Feedback resistor 42 to the non-inverting input of differential amplifier 40 during the inverting input to circuit ground 16 connected is. The inverting input of the differential amplifier 40 could alternatively be due to a voltage divider between the output of the Differential amplifier 40 and the Schaltu..gsmass; 16 is switched on.
Die Verbindungsstelle des Rückkopplungswiderstan-The junction of the feedback resistor
des 42 mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40 bildet den Eingang 6 des Oszillators 2 nach F i g. 1, an den das heiße Ende 8 des Parallelschwingkreises 14 angeschlossen ist. Ferner liegt an dem Eingang 6, wie nach Fig. 1, der Längswider-of the 42 with the non-inverting input of the differential amplifier 40 forms the input 6 of the Oscillator 2 according to FIG. 1, to which the hot end 8 of the parallel resonant circuit 14 is connected. Further lies at the input 6, as shown in Fig. 1, the longitudinal resistance
stand 18 an den der Kondensator 20 angeschlossen ist. Beim Einschalten der nicht veranschaulichten Versorgungsspannung erregt sich der Oszillator 2 vegen der gleichphasig aus dem Differenzverstärker 40 üoer den Widerstand 42 in den Parallelschwingkreis 14 zurückge-stood 18 to which the capacitor 20 is connected. When switching on the non-illustrated supply voltage excites the oscillator 2 vegen the in-phase from the differential amplifier 40 over the Resistor 42 returned to the parallel resonant circuit 14
führten 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 Differenzversfärkers 40led voltage essentially at the frequency established by the parallel resonant circuit 14, if the loop gain of the arrangement is greater than one. A further increase in the oscillation amplitude will by the saturation of the differential amplifier 40
6:1 verhindert. 6: 1 prevented.
Wenn die Berührungselektrode 22 angefaßt wird, ändern sich i':n Riickk'.pplungsbedingungen wegen d?r zusätzlichen Belastung des Parallelschwinekrcises 14, soIf the touch electrode 22 is touched, i ': n return' application conditions change because of the additional load on the parallel oscillating circuit 14, see above
daß die Amplitude des Oszillators 2 sinkt bzw. dessen Schwingungen abreißen. Die Empfindlichkeit des Oszillators 2 nach F i g. 2 kanu 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.that the amplitude of the oscillator 2 decreases or its oscillations stop. The sensitivity of the Oscillator 2 according to FIG. 2 canoe either by the parallel resistor 34 or by a not illustrated Voltage divider can be set via which a certain proportion of the output voltage is in phase opposition of the differential amplifier 40 is fed back into the inverting input, so as to its Reduce idle gain.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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