DE3322701C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Nähe­ rungsschalter mit einem Oszillator, einem dem Oszillator nachgeschalteten Schwellwert-Schalter, z. B. Schmitt-Trigger, und einem durch den Schwellwert-Schalter betätigbaren Last- Schalter, wie Thyristor oder Triac, wobei zwischen dem Os­ zillator und dem Schwellwert-Schalter ein Gleichrichter geschaltet ist.

Durch die DE-OS 21 57 824 ist ein Näherungsschalter bekannt­ geworden, bei dem der Ausgang des Oszillators mit einem Gleichrichter verbunden ist, der die Ausgangsspannung des Oszillators gleichrichtet. Die gleichgerichtete Oszillator­ spannung ist an einem Eingang eines Differenzverstärkers angelegt. Zur Signalauswertung ist der Ausgang des Diffe­ renzverstärkers über einen Impulsverstärker mit dem Eingang eines Schwellwert-Schalters verbunden, der ein Relais an­ steuert.

Der bekannte Gleichrichter ist als Villard-Schaltung ausge­ bildet und besteht aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren. Der bekannte Gleichrichter spricht erst oberhalb des Schwellwertes der Dioden, bei Silicium-Dioden oberhalb 2× 0,7 Volt an. Es tritt ein Spannungsverlust von 1,4 Volt ein. Somit können Oszillator-Signale, die unterhalb der Schwellwert-Spannung liegen, sowie sehr kleine Amplituden- Änderungen der Oszillatorschwingung, nicht erfaßt werden. Ferner hat der bekannte Gleichrichter einen relativ großen Temperaturgang, so daß die Spannung am Ausgang nicht in einem festen Verhältnis zur Eingangsspannung steht. Die relativ hohe Leistungsaufnahme des Gleichrichters belastet den Oszillator, wodurch die Ansprechempfindlichkeit ver­ mindert wird.

Es sind mittelwertbildende Gleichrichter bekannt, die eine stabilisierte Gleichspannung erzeugen und eine gegenüber dem vorstehend beschriebenen Gleichrichter verbesserte Proportionalität zum Effektivwert der Eingangs-Wechselspan­ nung aufweisen. Ein derartiger Gleichrichter ist durch die Applikation 6/1981, Seite 43, der Firma Ferranti GmbH be­ kannt. Der bekannte Gleichrichter enthält zwei Transistoren T1, T2, von denen die Basis von T2 mit dem Emitter von T1 und der gemeinsame Anschlußpunkt über einen Kondensator mit der Signalquelle verbunden ist. Die Basis von T1 ist mit dem Kollektor von T2 verbunden. Der gemeinsame Anschluß­ punkt ist über eine Konstantstromquelle mit Gleichstrom ge­ speist. Der Emitter von T2 liegt an der, mit der Signal­ quelle gemeinsamen Masseleitung. Am Kollektorwiderstand von T1 fällt die Gleichrichtspannung ab. Durch einen parallel­ geschalteten Kondensator wird der Wechselspannungsanteil ausgesiebt.

Dieser bekannte Gleichrichter hat keine Schwellspannungs­ verluste. Nachteilig ist jedoch, daß während der positiven Halbwelle des Eingangsstromes der Transistor T2 übersteuert wird, weil das Kollektor-Basis-Stromverhältnis sehr viel kleiner als die Stromverstärkung des Transistors T2 ist. Das bedeutet, daß T1 zu Beginn der negativen Halbwelle erst dann leitend wird, nachdem T2 nicht mehr übersteuert ist. Bedingt durch die temperaturabhängige Erholzeit von T2 ändert sich die Gleichrichtspannung.

Man könnte beispielsweise die Übersteuerungszeit von T2 dadurch verringern, daß man den Kollektorstrom erhöht bzw. den Basisstrom verringert. Dadurch würde jedoch sowohl die Stromaufnahme des Gleichrichters, als auch die Empfindlich­ keit gegen Störeinflüsse erhöht.

Der störende Einfluß der temperaturabhängigen Erholzeit nimmt bei Signalen mit kleiner Periodendauer zu.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Näherungs­ schalter der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sehr kleine Ausgangssignale (< 0,7 Volt) des Oszillators sowie sehr kleine Amplitudenänderungen ausgewertet werden können, wobei die Stromaufnahme, insbesondere des Gleich­ richters, gering sein soll und dem Oszillator wenig Energie entzogen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Näherungsschalter der eingangs beschriebenen Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die DE-AS 21 54 414 ist ein Näherungsschalter bekannt­ geworden, bei dem der Oszillator-Ausgang mit dem Steuerein­ gang eines Feldeffekt-Transistors verbunden ist. Diese Lösung ist jedoch relativ teuer und sehr temperaturempfind­ lich. Die erfindungsgemäße Lösung ist im Gegensatz dazu sehr preiswert und erreicht darüber hinaus eine größere Empfindlichkeit, da bereits Signale unter 0,7 Volt und sehr kleine Amplitudenänderungen des Oszillator-Ausgangssignals ausgewertet werden können. Dadurch, daß zwischen dem Emitter von T1 und dem Kollektor von T2 eine Diode mit der Anode am Emitter von T1 angeschlossen ist, wird der Transistor T2 nicht mehr übersteuert und daher der Transistor T1 während der gesamten negativen Halbwelle des Eingangsstromes leitend. Eine temperaturabhängige Beeinflussung der Gleich­ richtspannung wird vermieden, so daß eine gleichbleibende Proportionalität der Gleichrichtspannung zum Effektivwert der Eingangs-Wechselspannung, unabhängig von der Umgebungs­ temperatur, erreicht wird. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Flußspannung der Diode D1 so gering ist, daß der Transistor T2 nicht in den übersteuerten Zustand gelangt.

Germanium- oder Schottky-Dioden haben eine geringere Fluß­ spannung als Silicium-Dioden und sind deshalb besser geeig­ net (Anspruch 2 und 3).

Der Vorteil gemäß Anspruch 4 besteht darin, daß für die Diode D1 jede beliebige Diode, z. B. eine Silicium-Diode, verwendet werden kann.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Näherungsschalters.

Der elektronische Näherungsschalter besteht aus einem Os­ zillator 3, einem dem Oszillator 3 nachgeschalteten Gleich­ richter 4, einem Schwellwert-Schalter 5, einem Last-Schal­ ter 6 (Thyristor oder Triac) und einer Stromversorgung 7 für den Oszillator 3 und die nachgeschalteten Baugruppen 4, 5, 6, 7.

Der Oszillator 3 besteht aus einem parallelgeschalteten LC-Schwingkreis 8, dessen Spule als Sensorfläche für eine Steuerfahne aus Metall ausgebildet ist. Der Oszillator 3 enthält ferner eine an den hochohmigen Punkt "A" des Schwingkreises angeschlossene schaltbare Stromquelle 9 und einen mit seinem hochohmigen Eingang an den hochohmigen Punkt "A" des Schwingkreises 8 und mit seinem Ausgang an den Steuereingang der schaltbaren Stromquelle 9 ange­ schlossenen Nullkomparator 10, wobei der Stromwert der schaltbaren Stromquelle 9 durch einen einstellbaren Wider­ stand 11 extern einstellbar ist. Die schaltbare Strom­ quelle 9 wird mit der Frequenz der Oszillator-Schwingung geschaltet und regt den Schwingkreis 8 des Oszillators 3 an. Sie ist in beiden oder nur in einer Halbwelle der Os­ zillator-Schwingung wirksam. Ein derartiger Oszillator hat eine sehr geringe Stromaufnahme (50 µA) und eine große An­ sprechempfindlichkeit. Dabei verhält sich das Ausgangssig­ nal proportional zur Bedämpfung des Schwingkreises 8. Um die dabei auftretenden geringen Signalspannungen und Ampli­ tuden-Änderungen auswerten zu können, wird ein mittelwert­ bildender Gleichrichter 4 verwendet, der an den hochohmigen Punkt "A" des Schwingkreises 8 des Oszillators 3 ange­ schlossen ist. Der Ausgang des Gleichrichters 4 ist mit dem Eingang des Schwellwert-Schalters (Schmitt-Trigger) 5 ver­ bunden. Der Gleichrichter 4 enthält zwei Transistoren T1 und T2, von denen die Basis von T2 über die Diode D2 mit dem Emitter von T1 und die Basis von T1 mit dem Kollektor von T2 verbunden ist. Die Diode D2 ist mit der Anode am Emitter von T1 angeschlossen. Parallel zur Diode D2 liegt der Kondensator C2.

Zwischen dem Emitter von T1 und dem Kollektor von T2 bzw. der Basis von T1 liegt die Diode D1 mit der Anode am Emitter von T1.

Der gemeinsame Verbindungspunkt von Emitter T1, Anode D1, Anode D2 und Kondensator C2 ist über den Koppelkonden­ sator C1 an Punkt "A" des Schwingkreises 8 des Oszillators 3 angeschlossen.

Der gemeinsame Anschlußpunkt der Basis des Transistors T1 und des Kollektors von T2 ist über den hochohmigen Wider­ stand R2 am Pluspol der Spannungsversorgung angeschlossen. Er wirkt als Konstantstromquelle zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors T2.

Der Emitter von T2 liegt auf Bezugspotential. Am Kollektor­ widerstand R1 des Transistors T1 fällt die Gleichricht­ spannung ab, die in Abhängigkeit von der Bedämpfung des Os­ zillators 3 den Schwellwert-Schalter (Schmitt-Trigger) über die Verbindung 12 ansteuert. Durch den Kondensator C3 wird der Wechselspannungsanteil ausgesiebt.

Claims (4)

1. Elektronischer Näherungsschalter mit einem Oszillator, einem dem Oszillator nachgeschalteten Schwellwert-Schalter, z. B. Schmitt-Trigger, und einem durch den Schwellwert-Schalter betätigbaren Last-Schalter, wie Thyristor oder Triac, wobei zwischen dem Oszillator und dem Schwellwert-Schalter ein Gleichrichter geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (4) in an sich bekannter Weise als mittel­ wertbildender Gleichrichter ausgebildet ist und wenigstens zwei Transistoren T1 und T2 enthält, von denen die Basis von T2 mit dem Emitter von T1 und die Basis von T1 mit dem Kollektor von T2 verbunden ist und daß zwischen dem Emitter von T1 und dem Kollektor von T2 bzw. der Basis von T1 eine Diode D1 mit der Anode am Emitter von T1 ange­ schlossen ist und an den Verbindungspunkt von Emitter T1, Basis T2 und Anode D1 der Oszillator-Ausgang ggf. über einen Kondensator C1 und an den Kollektor von T1 der Schwellwert-Schalter (5) angeschlossen ist.

2. Elektronischer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode D1 eine Germanium-Diode ist.

3. Elektronischer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode D1 eine Schottky-Diode ist.

4. Elektronischer Näherungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verbindung des Anschlußpunktes Emitter T1, Anode D1 und der Basis von T2 eine Diode D2 mit der Kathode an der Basis von T2 angeschlossen und parallel zur Diode D2 ein Kondensator C2 geschaltet ist.