DE3541803A1 - Monostabile schalteinrichtung mit einem bistabilen relais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine monostabile Schaltein­ richtung mit einem bistabilen Relais und mit einer dem bistabilen Relais zugeordneten, einen Ladekondensator enthaltenden Schaltungsanordnung, an die betätigungsweise eine Steuerspannung anlegbar ist. Dabei wird unter einem bistabilen Relais ein Relais verstanden, das nach Unter­ brechung seines Erregerstromes die Schaltstellung beibe­ hält, die es während der letzten Erregung eingenommen hatte. Ein derartiges Relais hat unter anderem den Vorteil, daß es stromsparend impulsgesteuert werden kann und eine von der Ansteuerleistung nahezu unabhänige und damit hohe Kontaktkraft aufweist.

Eine monostabile Schalteinrichtung der oben angegebenen Art ist in dem Buch "Relais-Lexikon" von H. Sauer, 1985, 2. Auflage auf Seite 215 dargestellt. In dieser bekannten Schalteinrichtung ist ein Ladekondensator in Reihe mit dem bistabilen Relais angeordnet. Parallel zu dieser Reihen­ schaltung ist eine mehrere Transistoren enthaltenden Kipp­ stufe angeordnet; die gesamte Parallelschaltung ist an eine Erregerspannung anschließbar. Diese Erregerspannung muß zur Betätigung des bistabilen Relais einen steilen An­ stieg und einen steilen Abfall aufweisen, weil durch den Ladestrom des Ladekondensators das mit diesem in Reihe lie­ gende bistabile Relais erregt wird. Das Umschalten des bi­ stabilen Relais in seine Ausgangslage beim Abfall der Erre­ gerspannung geschieht durch den Entladestrom des Ladekon­ densators, was zur Voraussetzung hat, daß der Ladekondensator eine ausreichend große Kapazität aufweist. Dies bringt es mit sich, daß die bekannte monostabile Schalteinrichtung in der zu verarbeitenden Schaltfolge begrenzt ist.

Damit die bekannte monostabile Schalteinrichtung auch bei Erregerspannungen mit relativ geringer Flankensteilheit an­ spricht, ist die bekannte monostabile Schalteinrichtung mit einem zweiten Eingang versehen, an dem derartige Erregerspannungen anschließbar sind. Diesem zweiten Eingang ist nämliche ein Trigger nachgeordnet, der bei einer durch eine Zenerdiode vorgegebenen Schwellenspannung eine Betätigungsspannung mit ausreichender Steilheit für die Reihenschaltung aus dem Ladekondensator und dem bistabilen Relais liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monostabile Schalteinrichtung mit einem bistabilen Relais vorzuschlagen, die sich durch eine vergleichsweise hohe, verarbeitbare Schalt­ folge auszeichnet und auch bei Steuerspannungen mit vergleichs­ weise geringer Flankensteilheit ohne zusätzliche Maßnahmen einwandfrei arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer monostabilen Schalt­ einrichtung der eingangs angebenen Art erfindungsgemäß der Ladekondensator im Eingangskreis eines Verstärker mit großem Eingangswiderstand und kleinem Ausgangswiderstand angeordnet, und das bistabile Relais ist an dem Ausgang des Verstärkers angeschlossen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltein­ richtung besteht darin, daß bei ihr der Ladekondensator eine vergleichsweise geringe Kapazität aufweisen kann, weil die Speisung des bistabilen Relais nicht durch den Ladestrom des Kondensators erfolgt, sondern durch den Ausgangsstrom des Verstärkers.

Die vergleichsweise geringe Kapazität des Ladekondensators verleiht der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung eine geringe Zeitkonstante, so daß dadurch die Schalteinrichtung in vorteilhafter Weise mit hoher Schaltfolge betrieben werden kann; bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung wirkt der Eingangskreis des Verstärkers mit dem Ladekondensator gewissermaßen als Differenzierglied. Diese Wirkungsweise des Eingangskreises mit dem Ladekondensator bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die betätigungsweise angelegte Steuerspannung keine hohe Flankensteilheit aufweisen muß, da infolge der Differentiation der Eingangsspannung eine ausreichende Eingangsspannung für den Verstärker erzeugt wird, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen auch bei Eingangsspannungen mit geringer Flankensteilheit das bistabile Relais zum Erregen gebracht wird.

Bei der erfindungsgemäßen monostabilen Schalteinrichtung können Verstärker unterschiedlicher Ausführung Verwendung finden, sofern sie nur einen großen Eingangswiderstand und einen kleinen Ausgangswiderstand aufweisen. Als zweck­ mäßig wird es jedoch angesehen, wenn als Verstärker ein Operationsverstärker eingesetzt wird, der infolge einer sogenannten Elektrometergegenkopplung die angegebenen Eigen­ schaften hinsichtlich seines Eingangs- und Ausgangswider­ standes aufweist.

Um die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit Steuerspannungen unterschiedlicher Höhe betreiben zu können, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dem Ladekondensator eine Schal­ tungseinheit mit einem Komparator vorgeordnet ist, dessen einer Eingang betätigungsweise an die Steuerspannung anlegbar ist und dessen anderer Eingang mit einem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist. Durch entsprechende Bemessung des Spannungsteilers läßt sich dann die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ohne Schwierigkeiten an die jeweils vor­ liegende Steuerspannung anpassen. Der Komparator enhält zweck­ mäßigerweise einen als Differenzverstärker gestalteten Opera­ tionsverstärker.

Um bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schalt­ einrichtung mit einem Komparator störende Impulsspannungen von dem dem Ladekondensator nachgeordneten Verstärker fernzuhalten, ist diesem vorteilhafterweise eine Schutzein­ richtung aus zwei antiseriell geschalteten Zenerdioden vorgeordnet.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen monostabilen Schalteinrichtung, und in

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Schalteinrichtung mit einem Komparator dargestellt.

Die monostabile Schalteinrichtung nach Fig. 1 enthält einen Ladekondensator 1, der einerseits an einen Kontakt 2 eines Schalters und andererseits an den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 3 angeschlossen ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 3 ist außerdem über einen Widerstand 4 an Masse angeschlossen. Der Kontakt 2 ist zum betätigungsweisen Anlegen einer Steuerspannung U in die gezeigte Lage bringbar, aus der er bei Beendigung der Betätigung in die strichliert gezeichnete andere Lage umlegt, wodurch dann der Ladekondensator 1 mit Masse verbunden ist. Es ergibt sich somit am Ladekondensator 1 eine impulsartige Steuerspannung, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Selbstverständlich kann diese impuls­ förmige Steuerspannung auch durch das Ausgangssignal einer vorgeordneten, in Fig. 1 nicht gezeichneten elektronischen Schalteinrichtung erzeugt sein.

Der invertierende Eingang des Opterationsverstärkers 3 ist über einen weiteren Widerstand 5 an Masse angeschlossen; außerdem ist der invertierende Eingang des Verstärkers 3 über einen weiteren Widerstand 6 mit dem Ausgang 7 des Verstärkers 3 verbunden, wodurch ein gegengekoppelter Verstärker gebildet ist, der sich durch einen großen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswider­ stand auszeichnet. An dem Ausgang 7 des Verstärkers 3 ist ein bistabiles Relais 8 nach Masse angeschlossen. Außerdem liegt an dem Verstärker 3 - wie bei Operations­ verstärkern üblich - eine positive Betriebsspannung + U _b und eine negative Betriebsspannung - U _b .

Die in Fig. 1 dargestelle Schalteinrichtung arbeitet in folgender Weise:

Wird an den Ladekondensator 1 eine rechteckförmige impulsartige Steuerspannung aus einer niederohmigen Quelle angelegt, wie sie figürlich dargestellt ist, dann wird der Ladekondensator 1 in­ folge seiner geringen Kapazität schlagartig aufgeladen und ent­ laden, wodurch am Schaltungspunkt 9 eine Spannung entsteht, wie sie in der Fig. 1 in Form von Nadelimpulsen dargestellt ist.

Durch den positiven Nadelimpuls wird der Verstärker 3 in die Sättigung (∼+ U _b ) getrieben, wodurch das bistabile Relais einen positiv polarisierten Steuerimpuls (Fig. 1) erhält und dieses bei entsprechender Ausgangslage umschaltet. Anschließend klingt der Steuerspannungsimpuls gegen 0 V aus. Durch das Relais 8 fließt kein Strom. Gelangt nun ein negativer Nadelimpuls an den Eingang des Verstärkers 3 , treibt dieser den Verstärkerausgang wiederum in die Sättigung (jedoch ∼- U _b ). Das bistabile Relais erhält im Vergleich zu obigbeschriebenem Vorgang eine umgepolte Spannung (Fig. 1) und schaltet um. Dies alles kann mit rascher Schaltfolge vorsichgehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, in der mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist dem Verstärker 3 mit nachgeordnetem bistabilen Relais 8 eine Schaltungseinheit 10 mit einem Komparator 10 a vorgeordnet. Der Komparator 10 a besteht aus einem als Differenzver­ stärker geschalteten Operationsverstärker, dessen nicht invertierender Eingang bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Kontakt 2 mit einer Steuer- Spannung U verbindbar ist. Der Kontakt 2 kann zur Beendigung der Betätigung des Relais 8 in die strichlierte Lage und damit an Masse gelegt werden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 a ist mit einem Abgriff 11 eines Spannungsteiler 12 verbunden, der einen Widerstand 13 und einen weiteren Widerstand 14 enthält und einerseits an die positive Betriebsspannung + U _b und andererseits an Masse angeschlossen ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 ist übrigens auch über einen zusätzlichen Widerstand 15 an Masse angeschlossen.

Ausgangsseitig ist an dem Operationsverstärker bzw. Komparator 10 der Ladekondensator 1 angeschlossen, der auf seiner von dem Operationsverstärker 10 a abgewandten Seite über den Widerstand 4 an Masse angeschlossen ist. Zwischen dem Ladekondensator 1 und dem Verstärker 3, diesem also vorgeordnet, befindet sich eine Schutzeinrichtung 16 aus zwei antiseriell geschalteten Zener­ dioden 17 und 18. Die Beschaltung des Verstärkers 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entsprechend dem nach Fig. 1.

Die monostabile Schalteinrichtung nach Fig. 2 arbeitet im wesentlichen genauso wie die nach Fig. 1. Sie er­ möglicht darüberhinaus eine Anpassung an unterschiedliche Spannungen U, indem entsprechend der jeweiligen Höhe dieser Spannung U der Spannungsabgriff 11 des Spannungsteilers 12 entsprechend gewählt wird. Durch die Schaltungseinheit mit dem Komparator 10 a läßt sich also die erfindungsgemäße Schalt­ einrichtung ohne Probleme an alle möglichen Pegel der Steuer­ spannung U anpassen. Durch die antiseriell geschalteten Zener­ dioden werden schädliche Impulsspannungen vom Verstärker 3 ferngehalten.

Claims (3)

1. Monostabile Schalteinrichtung mit einem bistabilen Relais und mit einer dem bistabilen Relais zugeordneten, einen Ladekondensator enthaltenden Schaltungsanordnung, an die betätigungsweise eine Steuerspannung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (1) im Eingangskreis eines Verstärkers (3) mit großem Eingangswiderstand und kleinem Ausgangswider­ stand angeordnet ist und daß das bistabile Relais (8) an dem Ausgang (7) des Verstärkers (3) angeschlossen ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ladekondensator (1) eine Schaltungseinheit (10) mit einem Komparator (10 a) vor­ geordnet ist, dessen einer Eingang (+) betätigungsweise an die Steuerspannung (U) anlegbar ist und dessen anderer Ein­ gang (-) mit einem Abgriff (11) eines Spannungsteilers (12) verbunden ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (3) eine Schutzeinrichtung (16) aus zwei antiseriell geschalteten Zenerdioden (17, 18) vorgeordnet ist.