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Anordnung zur Umsetzung von auf Leitungen übertragenen Signalen in
galvanisch
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davon getrennte, binäre Informationssignale Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur Umsetzung von auf Leitungen übertragenen Signalen in
galvanisch davon getrennte, binäre Informationssignale für elektronische Geräte.
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Elektronische Geräte werden häufig für die Überwachung von Temperatur-
und Druckwerten, die Stellung von Bedienungselementen usw. eingesetzt. Die zu überwachenden
Elemente befinden sich vielfach in größeren Entfernungen vom elektronischen Gerät.
Die Überwachungssignale müssen daher über längere Leitungen mit entsprechend großer
Dämpfung übertragen werden. Damit die Signale am elektronischen Gerät sicher festgestellt
werden können, werden die zu überwachenden Elemente und die Leitungen mit hohen
Signalpegeln beaufschlagt. Die an den Leitungsenden anstehenden Signale werden in
normierte Signale für das jeweilige Gerät umgewandelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Umsetzung
von auf Leitungen übertragenen Signalen in galvanisch davon getrennte, binäre Informationssignale
zu entwickeln, die trotz der bei langen Leitungen auftretenden hohen Adernkapazität
und Ableitwiderstände ohne hohe Signal ströme und der damit verbundenen hohen Verlustleistung
störfrei arbeitet, für Signale mit hohen Pegeln geeignet ist und deren Bauelementeaufwand
gering ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgmäß dadurch gelöst, daß die jeweilige
Leitung an einen Gleichrichter in tinwegschaltung angeschlossen ist, der die Primärwicklung
eines Ubertragers speist, dessen Sekundärwicklung über einen weiteren Glei-chrichter
mit einem eine vorgegebene Entladungszeit aufweisenden Analog-.
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speicher verbunden ist, dem eine Grenzwertüberwachungsschaltung nachgeschaltet
ist. Die zu überwachenden Elemente können an Wechselspannung von 220 V gelegt werden.
Die Wechselspannungssignale werden bei dieser Anordnung nach Gleichrichtung
und
einer gewissen Glättung mit einem Grenzwert verglichen.
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Beim Überschreiten dieses Grenzwerts gibt die Anordnung ein Signal
mit einem für die Weiterverarbeitung im elektronischen Gerät geeigneten Potential
ab. Nach Unterschreiten des Signals fällt das Potential wieder auf den ursprünglichen
Wert zurück. Die Anordnung ermöglicht sowohl eine potentialfreie als auch eine potentialgetrennte
Umsetzung von Eingangssignalen. Die vorstehend beschriebene Anordnung benötigt wenia
Raum. Außerdem ist die in den Bauelementen entstehende Verlustleistung gering. Die
Anordnung arbeitet innerhalb eines großen Bereichs unterschiedlicher Kabelimpedanzen
einwandfrei. Die Herstellungskosten sind aufgrund des geringen Bauelementeaufwands
günstig.
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Vorzugsweise ist parallel zu der Primärwicklung ein ohmscher Widerstand
angeordnet. Mit dieser Anordnung wird der Signal-Rauschabstand verbessert.
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Die Anordnung kann daher vorteilhafterweise unter schwierigen Bedingungen,
z.B. in industrieller Umgebung oder in der Nähe von Starkstromübertragungskabeln,
eingesetzt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Analogspeicher
ein Kondensator ist, der in Reihe mit einem Widerstand an den weiteren Gleichrichter
angeschlossen ist, und daß zu der Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand
eine weitere Widerstandsanordnung parallel geschaltet ist. Der Widerstand und er
in Reihe dazu angeordnete Kondensator bilden einen Stromkreis mit einer gewissen
Zeitverzögerung, die eine Ansprechverzögerung hervorruft. Auf Grund der Zeitverzögerung
werden eingekoppelte Störimpulse, deren Dauer kleiner ald die Zeitkonstante des
RC-Gliedes ist, nicht als binäre Signale erkannt. Die Sicherheit gegen Störungen
wird-also verbessert.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Widerstandsanordnung
aus zwei in Serie liegenden Widerständen besteht und daß zum einen Widerstand die
Serienschaltung einer Zenerdiode und einer Leuchtdiode parallel liegt. Mit dieser
Anordnung wird der binäre Wert des empfangenen Signals angezeigt. Die Energie für
die Anzeige wird dem übertragenen Signal entnommen. Fehler in der Grenzwertüberwachungsschaltung
wirken sich nicht auf die Anzeige aus. Daher kann die Anzeige zugleich bei der Prüfung
der Grenzwertüberwachungsschaltung ausgenutzt werden.
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Bei einer günstigen Ausführungsform ist dem Ausgang der Grenzwertüberwachungsschaltung
eine Leuchtdiode nachgeschaltet. Die Grenzwertüberwachungsschaltung speist die Leuchtdiode
und weitere das binäre Ausgangssignal verarbeitende Schaltkreise.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Ein Schaltelement 1, bei dem es sich um einen Arbeitskontakt handelt,
ist an den einen Pol einer Wechselspannungsquelle 2 angeschlossen, deren anderer
Pol mit einer Leitung 3 eines Kabels 4 verbunden ist. Die Wechselspannungsquelle
2 gibt beispielsweise die Netzspannung von 220 V ab.
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Mit dem Schaltelement 1 ist ferner eine Leitung 5 des zweiadrigen
Kabels 4 verbunden. Das Schaltelement 1 ist in größerem Abstand von einem Auswertgerät
6 angeordnet, das binäre Signale verarbeitet, denen die Stellung des Schaltelements
1 zugeordnet ist. Der offenen Stellung des Schaltelements 1 entspricht der binäre
Wert "0", während der geschlossenen Stellung der binäre Wert "1" zugeordnet ist.
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An einem Ende des Kabels 4 steht die Leitung 5 mit einem Gleichrichter
7 in Verbindung, der in Reihe mit der Primärwicklung 8 eines übertragers 9 geschaltet
ist. Die Primärwicklung 8 ist weiterhin an die Leitung 3 angeschlossen. Parallel
zu der Primärwicklung 8 ist ein Widerstand 10 gelegt.
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Mit der Sekundärwicklung 11 des übertragers 9 steht ein Gleichrichter
12 in Verbindung, an den die Serienschaltung eines Widerstands 13 und eines Kondensators
14 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 11 ist weiterhin mit dem zweiten Anschluß
des Kondensators 14 verbunden. Der Gleichrichter 12 speist weiterhin zwei in Reihe
geschaltete Widerstände 15, 16, wobei der Widerstand 16 den Stromkreis über die
Sekundärwicklung 11 schließt.
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Parallel zum Widerstand 16 ist die Serienschaltung einer Zenerdiode
17 und einer Leuchtdiode 18 gelegt. Die Reihenschaltung einer Diode 19 und einer
Zenerdiode 20 liegt parallel zum Kondensator 14.
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Nach dem Widerstand 13 zweigt eine Leitung zu einem Eingang eines
Differenzverstärkers 21 ab, dessen zweiter Eingang mit einem Referenzsignal beaufschlagt
ist. Der Differenzverstärker 21 speist das Auswertgerät 6. Von diesem erhält er
auch seine Versorgungsspannungen.
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Der Ausgang des Differenzverstärkers 21 kann eine Leuchtdiode 22 speisen,
die weiterhin über einen Widerstand 23 an Betriebsgleichspannung liegt.
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Wenn das Schaltelement 1 offen ist, fließt über die Leitungen 3, 5
kein Strom.
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Der Kondensator 14 ist ungeladen. Die Spannung am ersten Eingang des
Differenzverstärkers liegt unterhalb der Referenzspannung. Der Ausgang des Differenzverstärkers
21 gibt daher ein Signal ab, das einer binären 11011 zugeordnet ist.
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Bei geschlossenem Schaltelement 1 richtet der Gleichrichter 7 die
positiven Netzspannungshalbwellen gleich. Es fließen pulsierende Ströme über die
Primärwicklung 8, die Sekundärspannungen erzeugen. Die pulsierenden Sekundärspannungen
laden den Kondensator 14 über den Widerstand 13 auf. Sobald die Ladespannung am
Kondensator 14 die Referenzspannung überschreitet, gibt der Differenzverstärker
21 ein Ausgangssignal ab, das einer binären "1" zugeordnet ist.
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Die Sekundärspannung treibt weiterhin einen Strom über den Widerstand
15 und die Dioden 17, 18. Dieser Strom bringt die Diode 18 zum Leuchten. Es ist
deshalb der Signalzustand auf den Leitungen 3, 5 einfach und schnell zu erkennen.
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Nach dem Öffnen des Schaltelementes 1 entlädt sich der KOndensator
14 über die Widerstände 13, 15 und 16.
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Die Zenerdiode 20 begrenzt die am Differenzverstärkereingang mögliche
Spannungsamplitude, so daß Spannungserhöhungen, beispielsweise auf den Leitungen
3 und 5, keine Zerstörung des Differenzverstärkers hervorrufen können.
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Mit der vorstehend erläuterten Anordnung lassen sich Schaltstellungen
des Elements 1 auch bei langen Kabeln 4 mit entsprechend hohen Leitungsimpedanzen
einwandfrei in die jeweiligen binären Signale umsetzen.
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Die Zeitkonstante des aus den Widerständen 13, 15, 16 und dem Kondensator
14 bestehenden RC-Glieds ist so gewählt, daß sich der Kondensator in der Zeit zwischen
zwei Spannungshalbwellen nicht unter die von der Referenzspannung vorgegebene Grenze
entlädt. Solange an der Primärwicklung 8 z.B. Halbwellen zur Verfügung stehen, bleibt
daher der Kondensator 14 aufgeladen. Der Differenzverstärker 21 gibt währenddessen
an seinem Ausgang einen gleichbleibenden binären Wert, der einer "1" entspricht,
ab. Falls dem Differenzverstärker 21 eine Leuchtdiode 22 nachgeschaltet ist, zeigt
diese durch Aufleuchten die binäre II 111 an.
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Nach dem Öffnen des Schaltelements 1 entlädt sich der Kondensator
14 über die Widerstände 13, 15 und 16, wobei die Spannung unter die am Differenzverstärker
21 anstehende Bezugsspannung abfällt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers
21 wechselt deshalb seinen binären Wert. Weiterhin senden die Leuchtdioden 18 bzw.
22 kein Licht mehr aus.
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Der Widerstand 10 dämpft die auf den Leitungen 3, 5 anstehenden Signale.
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Es können daher höhere Spannungen für die Informationsübertragung
verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein günstigeres Verhältnis zwischen Nutz-
und Störsignalen.
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