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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schalteranordnung
mit zwei Anschlüssen
zum Einfügen
in Serie mit einer Last über
einer Betriebsspannung zum periodischen Einschalten der Last an die
Betriebsspannung. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Richtungsanzeige-Lampenschaltung für ein Straßenfahrzeug
mit einer solchen Schalteranordnung.
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Eine
Schalteranordnung mit zwei Anschlüssen dieser allgemeinen Art
zur Blinkersteuerung der Fahrtrichtungsanzeigelampen von Motorfahrzeugen oder
anderen Straßenfahrzeugen
ist in der
FR-A-2340851 beschrieben.
Hierin sind Schaltungskonfigurationen beschrieben, die durch eine
Wechselstromquelle gespeist werden.
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US-A-5086459 beschreibt
eine Timer-Schaltung zur Benutzung in einer Telefonnetzwerk-Schnittstelle
zum Steuern des Zugriffs zu dem Netzwerk über die Schnittstelle.
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Eine
weitere bekannte Schalteranordnung mit zwei Anschlüssen ist
in
2 der
FR-A-2344177 gezeigt
und in
1 der beigefügten
Zeichnungen wiedergegeben. Die Schaltung enthält einen steuerbaren Schalter,
der zwischen den beiden Anschlüssen
angeordnet ist, einen Widerstand und einen Kondensator, die in dieser
Reihenfolge in Serie geschaltet sind zwischen einem gegebenen Anschluss
und dem anderen Anschluss der Anschlüsse, sowie eine Spannungsschwellwertschaltung
mit einer Ausgangssignal/Eingangssignal-Charakteristik, die eine Hysterese
aufweist. Die Spannungsschwellwertschaltung verbindet den gemeinsamen
Punkt zwischen dem Widerstand und dem Kondensator mit einem Steuereingang
des steuerbaren Schalters, um im Betrieb den Schalter zu schließen, wenn
die Spannung über
dem Kondensator über
den ersten Schwellwert ansteigt, und den Schalter zu öffnen, wenn
die Spannung über
dem Kondensator anschließend
unter einen zweiten Schwellwert abfällt, der niedriger als der
erste Schwellwert ist. Die Spannungsschwellwertschaltung weist einen
Stromversor gungseingang auf zum Erhalt einer Betriebsspannung gegenüber dem
anderen Anschluss der Anschlüsse.
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1 der
beigefügten
Zeichnungen zeigt die bekannte Schalteranordnung
1 der
FR-A-2344177 . Sie
weist zwei Anschlüsse,
2 und
3,
auf und enthält einen
steuerbaren Schalter
4, der als Relais mit einer Erregerspule
5 und
Kontakten
6,
7 aufgebaut ist, die zwischen die
Anschlüsse
2 und
3 geschaltet
sind. Ein Widerstand
8 und ein Kondensator
7 sind
in dieser Reihenfolge zwischen einem gegebenen Anschluss (Anschluss
2)
der Anschlüsse
2 und
3 und
dem anderen dieser Anschlüsse
(Anschluss
3) geschaltet. Die Schalteranordnung
1 enthält darüber hinaus
eine Spannungsschwellwertschaltung
26 mit einer Ausgangssignal/Eingangssignal-Charakteristik,
die eine Hysterese aufweist. Die Schaltung
26 weist einen
Signaleingang
27 auf, der mit dem gemeinsamen Punkt
12 zwischen
dem Widerstand
8 und dem Kondensator
9 verbunden
ist, einen Signalausgang
28, der an einem Steuereingang
13 des
Relais
4 angeschlossen ist, und einen Stromversorgungseingang
29,
der mit dem Anschluss
2 verbunden ist und eine Betriebsspannung
gegenüber
dem Anschluss
3 erhält.
Der Steuereingang
13 ist mit einem Ende der Erregerspule
5 verbunden,
die mit ihrem anderen Ende an dem Anschluss
3 angeschlossen
ist.
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Die
Spannungsschwellwertschaltung 26 enthält einen npn-Transistor 10,
einen pnp-Transistor 11, Widerstände 15, 16 und 17,
einen Speicherkondensator 18 und eine Diode 19.
Ihr Signaleingang 27 ist mit der Basis des Transistors 10 verbunden.
Der Emitter des Transistors 10 ist mit der Anzapfung 14 eines
Spannungsteilers verbunden, der durch die Widerstände 15 und 16 gebildet
wird, die wiederum in Serie zwischen den Stromversorgungseingang 29 und
dem Anschluss 3 geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 10 ist
mit der Basis des Transistors 11 über den Widerstand 17 verbunden.
Der Emitter des Transistors 11 ist mit einer Elektrode
des Speicherkondensators 18 verbunden, dessen andere Elektrode
an dem Anschluss 3 angeschlossen ist. Die andere Elektrode
des Kondensators 18 ist außerdem mit dem Stromversorgungseingang 29 über die Diode 19 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 11 ist mit dem Signalausgang 28 verbunden.
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Der
Anschluss 3 der Schalteranordnung 1 ist über eine
schaltbare Last 20 mit Masse verbunden. Die Last 20 hat
erste und zweite Anschlüsse 43 und 44 und
enthält
ein Paar von linken Anzeigelampen 21 und 22 und
ein Paar von rechten Anzeigelampen 23 und 24 eines
Straßenfahrzeuges.
Die Last 20 enthält außerdem einen
Richtungsanzeigeschalter 25, der in eine erste, zweite
und dritte Position betätigbar
ist, in denen er das Paar von Lampen 21, 22 zwischen
die Anschlüsse 43 und 44,
das Paar von Lampen 23, 24 zwischen die Anschlüsse 43 und 44 schaltet
bzw. einen offenen Schaltkreis bildet.
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Im
Betrieb wird ein gegenüber
Masse positives Potential einer Spannungsquelle 63, zum
Beispiel der Batterie des Fahrzeuges, an den Anschluss 2 gelegt.
Wenn der Schalter 25 geöffnet
ist, d.h. in seinem dritten Zustand, wird weder das eine Paar von
Lampen 21, 22 noch das andere Paar von Lampen 23, 24 erregt,
und es liegt keine Spannung zwischen den Anschlüssen 2 und 3.
Die Relaiskontakte 6, 7 sind geöffnet, so
dass gegenüber
dem Anschluss 3 keine Spannung an dem Relaissteuereingang 13 liegt.
Wird nun der Schalter 25 in die erste oder zweite Position
gebracht, so wird entweder das Paar von Lampen 21, 22 oder
das Paar von Lampen 23, 24 an den Anschluss 3 geschaltet,
und der Anschluss 3 wird durch das entsprechende Paar von
Lampen mit Masse verbunden und wird damit gegenüber dem Anschluss 2 negativ.
Der Speicherkondensator 18 lädt sich über die Diode 19 auf
die Potentialdifferenz auf, die nun zwischen den Anschlüssen 2 und 3 besteht,
und der Emitter des Transistors 10 nimmt aufgrund des Spannungsteilers 15, 16 ein
Potential an, das zwischen dem der Anschlüsse 2 und 3 liegt.
Der Kondensator 9 beginnt, sich über den Widerstand 8 aufzuladen.
Wenn die Spannung über
dem Kondensator 9 schließlich über einen ersten Schwellwert
ansteigt, der gleich der Spannung am Emitter des Transistors 10 zuzüglich der
Basis-Emitter-Schwellspannung des Transistors 10 ist, wird
der Transistor 10 leitend und schaltet den Transistor 11 ein,
so dass der Kollektor des Transistors 11 eine positive
Spannung auf den Steuereingang 13 des Relais 14 gibt.
Die Relaiskontakte 6, 7 schließen und verbinden den Anschluss 2 mit
dem Anschluss 3 und erregen dadurch das relevante Paar
von Lampen 21, 22 oder 23, 24. Obwohl
jetzt keine Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 2 und 3 besteht,
werden die Transistoren 10 und 11 vom Speicherkondensator 18 weiter mit
Betriebsstrom versorgt. Das Schließen der Relaiskontakte 6, 7 schaltet
die beiden Spannungsteilerwiderstände 15 und 16 effektiv
parallel, so dass das positive Potential am Emitter des Transistors 10 gegenüber dem
Anschluss 3 reduziert wird, so dass die Basis-Emitter-Vorspannung
des Transistors 10 in Vorwärtsrichtung erhöht wird
und die Relaiskontakte 6, 7 geschlossen gehalten
werden.
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Der
Kondensator 9 beginnt nun, sich über den Widerstand 8 und
die geschlossenen Relaiskontakte 6, 7 zu entladen.
Wenn die Spannung am Kondensator 9 schließlich unter
einen zweiten, niedrigeren Schwellwert abfällt, der gleich der reduzierten Emitterspannung
des Transistors 10 zuzüglich
der Basis-Emitter-Schwellwertspannung
des Transistors 10 ist, schaltet der Transistor 10 ab,
sperrt dabei den Transistor 11 und entfernt somit die positive
Spannung vom Steuereingang 13 des Relais 4. Die
Relaiskontakte 6, 7 öffnen, so dass die Lampen des
entsprechenden Paares 21, 22 oder 23, 24 erlöschen. Das Öffnen der
Kontakte 6, 7 entfernt darüber hinaus die Parallelschaltung
der Spannungsteilerwiderstände 15 und 16,
so dass die Emitterspannung des Transistors 10 gegenüber dem
Anschluss 3 ansteigt, wodurch die Basis-Emitter-Spannung
des Transistors 10 weiter reduziert wird und die Relaiskontakte 6, 7 geöffnet gehalten
werden. Der Kondensator 9 wird erneut über den Widerstand 8 aufgeladen
und der Zyklus wiederholt sich.
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Ein
Nachteil der bekannten Schalteranordnung besteht darin, dass es
notwendig ist, zusätzlich zu
einem Timing-Kondensator 9 einen Speicherkondensator 18 zum
Zuführen
von Betriebsstrom an die Transistoren 10 und 11 für den Zeitraum
vorzusehen, in dem die Relaiskontakte 6, 7 geschlossen
sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesbezüglich eine
Vereinfachung vorzunehmen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine elektronische Schalteranordnung
gerichtet mit zwei Anschlüssen
zum Einfügen
in Serie mit einer Last über einer
Betriebsspannung zum periodischen Einschalten der Last an die Betriebsspannung,
welche elektronische Schalteranordnung einen zwischen den beiden
Anschlüssen
angeschlossenen steuerbaren Schalter, einen in dieser Reihenfolge
in Serie angeordneten Widerstandswert und Kondensator zwischen einem
gegebenen und dem anderen der Anschlüsse sowie eine Spannungsschwellwertschaltung
auf weist, die eine Ausgangssignal/Eingangssignal-Charakteristik
mit Hysterese hat, bei der die Spannungsschwellwertschaltung den
gemeinsamen Punkt vom Widerstandswert und Kondensator mit einem
Steuereingang des steuerbaren Schalters koppelt, bei der die Spannungsschwellwertschaltung
einen Stromversorgungseingang zum Empfangen einer Versorgungsspannung
gegenüber
dem anderen der Anschlüsse
hat, bei der der Stromversorgungseingang an dem gemeinsamen Punkt
angeschlossen und der steuerbare Schalter ein Transistorschalter ist,
und bei der die Spannungsschwellwertschaltung im Betrieb den Schalter
schließt,
wenn die Spannung über
dem Kondensator über
einen ersten Schwellwert ansteigt, und den Schalter öffnet, wenn
die Spannung über
dem Kondensator anschließend
unter einen zweiten Schwellwert abfällt, der niedriger als der
erste Schwellwert ist.
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Gemäß der Erfindung
weist die Spannungsschwellwertschaltung einen ersten und einen zweiten Widerstandswert-Spannungsteiler
auf, die über
dem Kondensator angeschlossen sind, sowie ein Set-Reset-Flip-Flop
mit einem Stromversorgungseingang, der an dem gemeinsamen Punkt
vom Widerstandswert und Kondensator angeschlossen ist, und bei dem
ein Setzeingang mit einer Anzapfung des ersten Spannungsteilers,
ein Rückstelleingang
mit einer Anzapfung des zweiten Spannungsteilers und ein Ausgang
mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters verbunden ist.
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Es
wurde erkannt, dass Lösungen
für die Spannungsschwellwertschaltung
gefunden werden können,
die es ermöglichen,
dass diese Schaltung aus dem Kondensator gespeist werden kann, wodurch
es unnötig
ist, einen getrennten Speicherkondensator vorzusehen.
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Der
steuerbare Transistorschalter ist vorzugsweise ein Metalloxyd-Halbleiter(MOSFET)-Schalter.
Transistorschalter erfordern im allgemeinen niedrigere Steuerströme als zum
Beispiel Relais. Da diese Steuerströme von dem Kondensator geliefert
werden müssen,
erlaubt die Implementierung des steuerbaren Schalters als Transistorschalter,
vorzugsweise als MOSFET-Schalter, einen niedriger gewählten Wert
für den
Kondensator als er zum Beispiel erforderlich wäre, wenn der steuerbare Schalter
ein Relais wäre.
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Der
in Serie mit dem Kondensator geschaltete Widerstand kann als Konstantstromquelle
ausgebildet sein. Durch Ausbildung des Widerstandes in dieser Weise
kann die Frequenz, mit der die Last im Betrieb erregt wird, im Wesentlichen
unabhängig
von der Betriebsspannung der Spannungsversorgung gemacht werden.
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Als
Alternative kann der in Serie mit dem Kondensator geschaltete Widerstand
eine steuerbare Stromquelle sein, wobei die Schalteranordnung eine
Stromsensorschaltung zum Messen des Stroms aufweist, der durch den
steuerbaren Schalter fließt, wenn
der steuerbare Schalter geschlossen ist. Der Stromsensorschalter
weist einen mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle gekoppelten
Ausgang zum Steuern des Ausgangsstroms der steuerbaren Stromquelle
in der Weise auf, dass dieser Ausgangsstrom mit einem Abfallen des
gemessenen Stromwertes ansteigt. Ein solcher Aufbau kann dazu führen, dass
die Frequenz, mit der die Last im Betrieb erregt wird, sich umgekehrt
zu dem Widerstand der Last verändert,
was von Vorteil ist, wenn die Last eine Mehrzahl von Richtungsanzeigelampen
eines Straßenfahrzeuges
parallel zueinander aufweist. Ein solcher Aufbau kann zum Beispiel
durch den Einsatz einer MOSFET-Struktur als steuerbarer Schalter
implementiert werden, wobei die MOSFET-Struktur eine zusätzliche
Source-Region aufweist, die mit dem anderen Anschluss der Anschlüsse über einen
Widerstand verbunden ist. Diese zusätzliche Source-Region wird
mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle über eine
Sample-and-Hold-Schaltung verbunden.
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Die
Erfindung schafft auch eine Richtungsanzeige-Lampenschaltung für ein Straßenfahrzeug mit
einer Schalteranordnung mit zwei Anschlüssen nach dem ersten Aspekt
der Erfindung, die in Serie mit einer Last an einer in dem Fahrzeug
untergebrachten Batterie angeschlossen ist, bei der die Last erste
und zweite Anschlüsse,
ein Paar von linken Anzeigelampen, ein Paar von rechten Anzeigelampen und
einen Richtungsanzeigeschalter aufweist, der in einen ersten, zweiten
und dritten Zustand betätigbar ist,
in denen er das Paar von linken Anzeigelampen mit den ersten und
zweiten Anschlüssen
der Last und das Paar von rechten Anzeigelampen mit den ersten und
zweiten Anschlüssen
der Last verbindet bzw. einen offenen Kreis bildet.
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Mehrere
Ausführungen
der Schaltungsanordnung werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Schalteranordnung nach dem Stand der Technik, wie sie bereits
beschrieben wurde,
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2 zeigt
ein vereinfachtes Diagramm einer Schalteranordnung, die ähnlich wie
die Schalteranordnung nach 1 zur Blinkersteuerung
der Richtungsanzeigelampen eines Motorfahrzeuges oder eines ähnlichen
Fahrzeuges ausgebildet ist,
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3 zeigt
die Schaltung einer ersten praktischen Ausführung der Anordnung nach 2,
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4 ist
das Schaltbild einer zweiten praktischen Ausführung der Anordnung nach 2,
wobei dieser zweite Aufbau eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bildet,
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5 ist
die Schaltungsanordnung einer dritten praktischen Ausführung für die Anordnung nach 2 und
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6 ist
das Schaltbild einer weiteren Ausbildung der Anordnung nach 2.
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Einander
entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen
Figuren versehen.
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Die
Anordnung nach 2 enthält, ähnlich wie die bekannte Schalteranordnung
nach 1, eine Schalteranordnung 1 mit zwei
Anschlüssen 2 und 3 sowie
einem steuerbaren Schalter 4, der zwischen die Anschlüsse 2 und 3 geschaltet
ist. Ein Widerstand 8 und ein Kondensator 9 sind
wiederum in dieser Reihenfolge zwischen einem gegebenen Anschluss
(Anschluss 2) der Anschlüsse 2 und 3 und dem
anderen Anschluss (Anschluss 3) dieser Anschlüsse geschaltet.
Wiederum enthält
die Schalteranordnung 1 eine Spannungsschwellwertschaltung 26 mit
einer Ausgangssignal/Eingangssignal-Charakteristik, die eine Hysterese
auf weist. Die Anordnung 26 weist einen Signaleingang 27 auf,
der mit dem gemeinsamen Punkt 12 zwischen dem Widerstand 8 und
dem Kondensator 9 verbunden ist, sowie einen Signalausgang 28,
der mit einem Steuereingang 13 des Schalters 4 verbunden
ist. Ein Stromversorgungseingang 29 erhält eine Betriebsspannung am
Anschluss 3. Im Gegensatz zu der bekannten Schaltung nach 1 wird
bei der Anordnung nach 2 der Betriebsspannungseingang 29 jedoch
mit dem gemeinsamen Punkt 12 und nicht mit dem Anschluss 2 verbunden,
und der Signaleingang 27 sowie der Stromversorgungseingang 29 sind
effektiv miteinander kombiniert, um einen einzigen Eingang 45 zu
bilden.
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Ähnlich wie
bei der bekannten Schaltung nach 1 ist der
Anschluss 3 der Schalteranordnung 1 in der 2 über eine
schaltbare Last 20 mit Masse verbunden. Die Last 20 hat
wiederum erste und zweite Anschlüsse 43 und 44 und
enthält
ein Paar linker Anzeigelampen 21, 22 und ein Paar
rechter Anzeigelampen 23, 24 eines Straßenfahrzeuges. Die
Last 20 enthält
wiederum einen Richtungsanzeigeschalter 25, der in eine
erste, eine zweite und eine dritte Position zu schalten ist, in
denen er das Paar von Lampen 21, 22 zwischen die
Anschlüsse 43 und 44,
das Paar von Lampen 23, 24 zwischen die Anschlüsse 43 und 44 bzw.
in einen offenen Schaltkreis bildet.
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Im
Betrieb wird dem Anschluss 2 ein gegenüber Masse positives Potential
durch eine Spannungsquelle 63 zugeführt, zum Beispiel von der Batterie
des Fahrzeuges. Wenn der Schalter 25 offen ist, d.h. in
seiner dritten Position, wird keine der beiden Paare von Lampen 21, 22 und 23, 24 erregt.
Zwischen den Anschlüssen 2 und 3 liegt
keine Spannung an und der steuerbare Schalter 4, der ein
Leistungstransistorschalter, zum Beispiel ein n-Kanal Leistungs-MOSFET
der Anreicherungstype ist, wird mit seinem Source-Anschluss mit
dem Anschluss 3 verbunden, während der Drain-Anschluss mit
dem Anschluss 2 verbunden ist und sein Gate-Anschluss den
Steuereingang 13 bildet. Der steuerbare Schalter 4 ist
gesperrt, da sich keine Spannung zwischen dem Anschluss 3 und
dem Steuereingang 13 befindet. Wird nun der Schalter 25 in
die erste oder zweite Position geschaltet, um entweder das Paar
von Lampen 21, 22 oder 23, 24 mit
dem Anschluss 3 zu verbinden, so wird der Anschluss 3 über das
relevante Paar von Lampen mit Masse verbunden und wird damit negativ
gegenüber
dem Anschluss 2. Der Kondensator 9 beginnt, sich über den
Widerstand 8 aufzuladen und liefert eine ansteigende Spannung
gegenüber
dem Anschluss 3 an den Stromversorgungsanschluss 29 der
Spannungsschwellwertschaltung 26, und gleichzeitig wird
dieselbe Spannung dem Signaleingang 27 der Spannungsschwellwertschaltung 26 zugeführt. Wenn
die Spannung über dem
Kondensator 9 schließlich über einen
ersten Schwellwert ansteigt, der durch den Aufbau der Spannungsschwellwertschaltung 26 bestimmt
ist, so wird die Spannungsschwellwertschaltung 26 getriggert,
so dass sie eine positive Spannung an den Steuereingang 13 des
Schalters 4 legt. Der Schalter 4 wird geschlossen
und verbindet die Anschlüsse 2 und 3 miteinander,
wodurch das entsprechende Paar von Lampen 21, 22 oder 23, 24 erregt
wird. Obwohl zwischen den Anschlüssen 2 und 3 keine
Potentialdifferenz mehr besteht, wird die Spannungsschwellwertschaltung 26 weiter
mit Betriebsspannung vom Kondensator 9 versorgt. Wegen
der Hysterese der Spannungsschwellwertschaltung 26 bleibt
der Schalter 4 geschlossen, obwohl der Kondensator 9 nun
beginnt, sich über
den Widerstand 8 und den geschlossenen Schalter 4 zu
entladen.
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Wenn
die Spannung am Kondensator 9 schließlich unter einen zweiten,
niedrigeren Schwellwert abfällt,
der durch den Aufbau der Spannungsschwellwertschaltung 26 bestimmt
ist, triggert diese Spannungsschwellwertschaltung 26 in
ihren anderen Ausgangszustand und entfernt damit die positive Spannung
vom Steuereingang 13 des Schalters 4. Der Schalter 4 öffnet, so
dass die Lampen des entsprechenden Paares 21, 22 oder 23, 24 erlöschen. Der
Kondensator 9 wird erneut über den Widerstand 8 aufgeladen
und der Zyklus wiederholt sich.
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3 zeigt
eine erste praktische Lösung
für die
Schalteranordnung 1 der 2 im Detail,
insbesondere die darin angeordnete Spannungsschwellwertschaltung 26.
Die Spannungsschwellwertschaltung 26 nach 3 enthält eine
Thyristor-Struktur, bestehend aus einem npn-Transistor 33 und
einem pnp-Transistor 34, dessen Basis mit dem Kollektor des
Transistors 33 und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 32 verbunden
ist (falls gewünscht, können die
Transistoren 33 und 34 aus einer einzigen pnpn-Halbleiterstruktur
in bekannter Weise bestehen). Ein Kondensator 35 ist parallel
zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 34 geschaltet
und sowohl ein Kondensator 36 als auch ein Widerstand 37 sind parallel
zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 33 geschaltet.
Der Emitter des Transistors 33, der den Ausgang der Thyristor-Struktur
bildet, ist über
einen Widerstand 38 mit dem Anschluss 3 verbunden
sowie mit dem Signalausgang 28 der Anordnung 26. Die
Basis des Transistors 34, die den Steuereingang der Thyristor-Struktur
bildet, ist mit einer Anzapfung 32 eines resistiven Spannungsteilers
verbunden, der die Widerstände 30 und 31 enthält, die
in Serie zwischen dem Signaleingang 27 der Anordnung 26 und dem
Anschluss 3 geschaltet sind. Der Emitter des Transistors 34,
der den gemeinsamen Punkt der Steuersignal- und Ausgangssignal-Pfade
durch die Thyristor-Struktur bildet, ist mit dem Spannungsversorgungseingang 29 der
Anordnung 26 verbunden. In 3 besteht
der Schalter 4 aus einem Enhancement-type n-Kanal MOSFET,
dessen Gate den Steuereingang 13 bildet, dessen Source
mit dem Anschluss 3 und dessen Drain mit dem Anschluss 2 verbunden
ist.
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Wenn
dem Anschluss 2 der 3 ein positives
Potential gegenüber
dem Anschluss 3 zugeführt wird,
d.h. durch Betätigen
des Schalters 25 der 2 entweder
in den ersten oder zweiten Zustand, beginnt sich der Kondensator 9 der 3 über den
Widerstand 8 aufzuladen und führt damit dem Stromversorgungseingang 29 der
Anordnung 26 eine gegenüber
dem Anschluss 3 ansteigende positive Erregerspannung zu.
Aufgrund der Wirkung des Spannungsteilers 30, 31 (der
an dem Kondensator 9 angeschlossen ist) wird darüber hinaus
der Basis des Transistors 34 gleichzeitig ein gegenüber dem
Emitter ansteigendes negatives Potential zugeführt. Wenn diese Potential die
Basis-Emitter-Schwellwertspannung
des Transistors 34 erreicht, schaltet dieser Transistor
ein und spannt die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 33 in
Vorwärtsrichtung
vor. Die resultierende kumulative Thyristor-Wirkung der Transistoren 33 und 34 führt dazu,
dass diese Transistoren voll eingeschaltet werden und damit den
Signaleingang 28 und damit das Gate des Power-MOSFET 4 mit dem
Stromversorgungseingang 29 verbinden und somit mit der
oberen Elektrode des Kondensators 9. Eine Vorwärtsspannung
wird deshalb dem Gate des MOSFET 4 gegenüber dem
Source zugeführt
und der MOSFET schaltet ein und verbindet die Anschlüsse 2 und 3 miteinander.
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Der
Kondensator 9 beginnt dann, sich über den Widerstand 8,
den Spannungsteiler 30, 31 und den Widerstand 38 zu
entladen, die Thyristor-Struktur 33, 34 ist jedoch
aufgrund der inhärenten
Hysterese dieser Struktur weiter leitend. Wenn die Spannung über dem
Kondensator 9 schließlich
soweit abfällt,
dass der Strom durch den Widerstand 30 und/oder den Widerstand 37 nicht
mehr ausreicht, um die Thyristor-Wirkung weiter aufrechtzuerhalten, so
schaltet die Thyristor-Struktur 33, 34 abrupt
ab und entfernt die Verbindung des Gate des MOSFET 4 mit
dem Stromversorgungseingang 29. Der MOSFET 4 schaltet
ebenfalls ab und entfernt die Verbindung zwischen den Anschlüssen 2 und 3.
Der Kondensator 9 beginnt dann, sich über den Widerstand 8 wieder
aufzuladen und der Zyklus wiederholt sich.
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In
einer Ausführung
der Schalteranordnung
1 nach
3 waren
die Transistoren
4,
33 und
34 solche,
wie sie unter den Typenbezeichnungen BUK555, BC548 bzw. BC558 verfügbar sind.
Die verschiedenen anderen Komponenten hatten folgende Werte:
Kondensator 9 | 150 μF |
Kondensatoren 35 und 36 | 1
nF |
Widerstand 8 | 3,9
kΩ |
Widerstände 30 und 37 | 1,5
kΩ |
Widerstand 31 | 18
kΩ |
Widerstand 38 | 4,7
kΩ |
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Selbstverständlich kann
die Polarität
der den Anschlüssen 2 und 3 zugeführten Spannung
der 3, die zum Beispiel einen Nennwert von 12 V hat,
unter der Voraussetzung umgekehrt werden, dass jeder der Transistoren 33 und 34 durch
einen Transistor der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype ersetzt wird und
der n-Kanal MOSFET,
der den Schalter 4 bildet, durch einen p-Kanal MOSFET ersetzt
wird.
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Der
in dem Schalter 4 der 3 benutzte MOSFET
kann durch eine andere Form eines steuerbaren Schalters, falls gewünscht, ersetzt
werden, zum Beispiel durch ein Relais, wie in 1 gezeigt, oder
einen bipolaren Transistor (wenn ein bipolarer Transistor oder ein
Relais benutzt wird, kann der Widerstand 38 entfallen).
Ein MOSFET wird jedoch bevorzugt aufgrund des verhältnismäßig niedrigen
erforderlichen Steuerstroms, der vom Kondensator 9 zugeführt werden
muss.
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4 zeigt
eine zweite praktische Ausführung
für die
Schalteranordnung 1 der 2, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bildet. Die Schalteranordnung 1 der 4 unterscheidet sich
von der nach 3 dadurch, dass die Spannungsschwellwertschaltung 26 nun
ein Set-Reset Flip-Flop 46 und vier Widerstände 47, 48, 49 bzw. 50 enthält. Das
Flip-Flop 46 hat einen Setzeingang, einen invertierenden
Rückstelleingang
R und einen Ausgang Q, und ist flankengesteuert ausgebildet, d.h.,
dass es in den gesetzten Zustand gesteuert wird, wenn die Spannung
am Einstelleingang S über einen
gegebenen Schwellwert ansteigt, und es wird in den zurückgestellten
Zustand gesteuert, wenn die Spannung an ihrem invertierenden Rückstelleingang R
anschließend
unter den gegebenen Schwellwert abfällt, wobei das Zurückstellen
das Setzen übersteuert.
Darüber
hinaus ist der Aufbau des Flip-Flops 46 derart, dass sein
Anfangszustand beim Einschalten immer der zurückgestellte Zustand ist.
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Der
Ausgang Q des Flip-Flops 46 ist mit dem Ausgang 28 der
Anordnung 26 verbunden, der wiederum mit dem Steuereingang 13 des
Schalters 4 über
einen Strombegrenzungswiderstand 51 verbunden ist. Der
Vcc-Eingang 52 des Flip-Flops 46 ist
mit dem Stromversorgungseingang 29 der Anordnung 26 verbunden
und der Vdd-Eingang 53 des Flip-Flops 46 ist mit
dem Anschluss 3 verbunden. Die Widerstände 47 und 48 sind
in Serie zwischen dem Signaleingang 27 der Anordnung 26 und
dem Anschluss 3 geschaltet und bilden einen resistiven Spannungsteiler
mit einer Anzapfung 54. Auf ähnliche Weise sind die Widerstände 49 und 50 in
Serie zwischen dem Signaleingang 27 der Anordnung 26 und
dem Anschluss 3 geschaltet und bilden einen resistiven
Spannungsteiler mit einer Anzapfung 55. Die Anzapfungen 54 und 55 sind
mit dem Setzeingang S bzw. mit dem invertierenden Rückstelleingang
R des Flip-Flops 46 verbunden. Das Verhältnis des Widerstandes 47 zum
Widerstand 48 wird so gewählt, dass es größer ist
als das Verhältnis
des Widerstandes 49 zum Widerstand 50, so dass
der Wert der Spannung (soweit vorhanden) an der Anzapfung 54 gegenüber dem
Anschluss 3 immer niedriger ist als der Wert der Spannung
(falls vorhanden) an der Anzapfung 55 gegenüber dem
Anschluss 3.
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Wird
dem Anschluss 2 der 4 ein positives
Potential gegenüber
dem Anschluss 3 zugeführt, zum
Beispiel durch Betätigung
des Schalters 25 der 2 entweder
in die erste oder die zweite Position, befindet sich das Flip-Flop 46 im
zurückgestellten
Zustand und der MOSFET-Schalter 4 ist offen. Der Kondensator 9 der 4 beginnt,
sich über
den Widerstand 8 aufzuladen und führt gegenüber dem Anschluss 3 eine
ansteigende positive Erregerspannung dem Stromversorgungseingang 29 der
Anordnung 26 zu, und somit dem Vcc-Eingang des Flip-Flops 46.
Außerdem
wird dieselbe ansteigende Spannung dem Signaleingang 27 der
Anordnung 26 zugeführt.
Wenn die Spannung über
dem Kondensator 9 schließlich über den ersten Schwellwert
ansteigt, der durch die relativen Werte der Widerstände 47 und 48 bestimmt
wird, wird das Flip-Flop 46 über seinen Setzeingang S eingestellt
und schließt
den Schalter 4. Der Kondensator 9 entlädt sich
dann über den
Widerstand 8 und den Schalter 4. Wenn die Spannung über dem
Kondensator 9 schließlich
unter einen zweiten, niedrigeren Schwellwert abfällt, der durch die relativen
Werte der Widerstände 49 und 50 bestimmt
wird, wird das Flip-Flop 46 über seinen invertierenden Rückstelleingang
R zurückgestellt
und öffnet
den Schalter 4. Der Zyklus wiederholt sich dann.
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Mit
einer Nennspannung von 12 V zwischen den Anschlüssen 2 und 3 kann
das Verhältnis
zwischen den Widerständen 47 und 48 und
das Verhältnis
zwischen den Widerständen 49 und 50 in
einfacher Weiser derart gewählt
werden, dass die erste Schwellwertspannung (die die vorher erwähnte Schwellwertspannung
am Setzeingang S bildet) etwa 10 V beträgt, während die zweite Schwellwertspannung
(die die vorher erwähnte
gegebene Schwellwertspannung am invertierenden Rückstelleingang R darstellt)
etwa 5 V beträgt.
Es ist zu erkennen, dass ein Spannungshub zwischen den Werten über dem Kondensator 9 und
damit zwischen den Vcc- und Vdd-Eingängen des Flip-Flops 46 Anforderungen
an die Stromversorgung-Abweisungseigenschaften des Flip-Flops 46 stellt,
die entsprechend ausgelegt sein müssen.
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Vorzugsweise
sind die Einstell- und Rückstelleingänge des
Flip-Flops 46 Schmitt-Trigger-Eingänge.
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5 zeigt
einen dritten praktischen Aufbau der Schalteranordnung 1 nach 2.
Die Schalteranordnung 1 nach 5 weicht
von der nach 3 und 4 in der
Weise ab, dass die Spannungsschwellwertschaltung 26 nun
einen Operationsverstärker 56 aufweist,
bei dem ein Widerstand 57 zwischen seinem Aus gang und seinem
nicht invertierenden Eingang geschaltet ist, um einen positiven
Rückkopplungsweg
zu bilden. Der Ausgang des Verstärkers 56 ist
außerdem
mit dem Ausgang 28 der Anordnung 26 verbunden.
Der Vcc-Eingang 58 des Verstärkers 56 ist mit dem
Stromversorgungseingang 29 der Anordnung 26, und
der Vdd-Eingang 59 des Verstärkers 56 ist mit dem
Anschluss 3 verbunden. Der Signaleingang 27 der
Anordnung 26 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des
Verstärkers 56 über einen
Widerstand 60 verbunden, der zum Beispiel einen Wert von
einem Zehntel des Widerstandes 57 aufweisen kann. Der invertierende
Eingang des Verstärkers 56 ist
mit dem Stromversorgungseingang 29 der Anordnung 26 über einen
Widerstand 61 verbunden sowie mit dem Anschluss 3 über eine
Zener-Diode 62. Der Widerstand 61 und die Zener-Diode 62 bilden
zusammen eine Referenzspannungsquelle. Mit einer an die Anschlüsse 2 und 3 angeschlossenen Nennspannung
von 12 V kann die Durchbruchspannung der Zener-Diode 62 zum
Beispiel mit 6 V ausgewählt
werden.
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Der
Schaltungsaufbau mit dem Verstärker 56 und
den Widerständen 57 und 60 arbeitet
in bekannter Weise als Spannungsvergleichsschaltung mit Hysterese.
Ihr Ausgang nimmt einen „Hoch"-Zustand an und schließt den MOSFET-Schalter 4,
wenn die Spannung am Signaleingang 27 über einen ersten Schwellwert
ansteigt, der durch die Durchbruchspannung der Zener-Diode 62 und
das Verhältnis
zwischen den Widerständen 57 und 60 bestimmt
wird; der Schaltungsaufbau nimmt seinen „Niedrig"-Zustand an und öffnet den MOSFET-Schalter 4,
wenn die Spannung am Signaleingang 27 anschließend unter
einen zweiten, niedrigeren Schwellwert abfällt, die ebenfalls durch die
Durchbruchspannung der Zener-Diode
und das Verhältnis
zwischen den Widerständen 57 und 60 bestimmt
wird.
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Wenn
dem Anschluss 2 der 5 relativ zum
Anschluss 3 ein positives Potential zugeführt wird,
zum Beispiel durch Betätigen
des Schalters 25 der 2 entweder
in die erste oder in die zweite Position, ist der MOSFET-Schalter 4 der 5 anfänglich offen,
so dass Nullpotential am Gate in Bezug auf den Anschluss 3 anliegt.
Der Kondensator 9 der 5 beginnt,
sich über
den Widerstand 8 aufzuladen und führt, gegenüber dem Anschluss 3,
eine ansteigende positive Erregerspannung dem Stromversorgungseingang 29 der
Anordnung 26 und damit auch dem Vcc-Eingang des Verstärkers 56 zu,
und die gleiche ansteigende Spannung gelangt an den Signaleingang 27 der
Anordnung 26. Die Span nungen an den invertierenden und
nicht invertierenden Eingängen
des Verstärkers 56 sind
anfangs beide gleich der Spannung am Kondensator 9, so
dass die Ausgangsspannung des Verstärkers 56 in Richtung
eines Wertes tendiert, der zwischen dieser Spannung und der Spannung
am Anschluss 3 liegt. Dies bewirkt, dass die positive Rückkopplung über der
Widerstand 57 die Spannung am nicht invertierenden Eingang
des Verstärkers 56 unter
die ihres invertierenden Eingangs treibt, so dass die Ausgangsspannung
des Verstärkers 56 in
Richtung auf das Potential des Anschlusses 3 heruntergesteuert
wird. Diese Situation wird beibehalten, bis die Spannung über dem
Kondensator 9 schließlich
bis oberhalb eines Wertes (des ersten Schwellwertes) ansteigt, an
dem die Spannung des nicht invertierenden Eingangs des Verstärkers gleich
der Spannung der Zener-Diode 62 wird.
Dies führt
dazu, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers 56 positiv gegenüber dem
Anschluss 3 wird, und dieser Übergang wird durch die positive Rückkopplung über den
Widerstand 57 verstärkt.
Der MOSFET-Schalter 4 wird somit geschlossen. Der Kondensator 9 beginnt,
sich über
den Widerstand 8 und den Schalter 4 zu entladen.
Sobald die Spannung über
dem Kondensator 9 schließlich unterhalb eines Wertes
(dem zweiten Schwellwert) fällt,
an dem die Spannung des nicht invertierenden Eingangs des Verstärkers 56 wieder
gleich der der Durchbruchspannung der Zener-Diode 62 wird
(dieser Wert ist niedriger als die erste Schwellwertspannung, weil
die Ausgangsspannung des Verstärkers 56 nun
positiv ist), fällt
die Ausgangsspannung des Verstärkers 56 ab
und die positive Rückkopplung über den
Widerstand 57 verstärkt
dies. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 56 wird nun
auf das Potential des Anschlusses 3 herabgesetzt und öffnet den
Schalter 4. Der Zyklus wiederholt sich dann.
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Es
ist zu erkennen, dass die Schaltfrequenz der Schalteranordnung 1 mit
zwei Anschlüssen,
wie sie bisher mit Bezug auf die 2 bis 5 der Zeichnungen
beschrieben wurde, abhängig
von der Anschlussspannung der Stromversorgung 63 der 2 ist,
wenn der Widerstand 8 durch einen diskreten Widerstand
gebildet wird, und auch von dem Widerstand der Last 20,
wenn diese geschaltet wird. Um die Schaltfrequenz im Wesentlichen
unabhängig von
dieser Anschlussspannung und dem Widerstandswert zu machen, kann
der Widerstand 8 als Konstantstromquelle ausgebildet sein,
zum Beispiel in Form einer Schaltung mit zwei Anschlüssen, wie sie
an sich bekannt ist, mit einem Flächenfeldeffekttransistor (JFET),
dessen Drain mit einem der Anschlüsse dieser Schaltung und dessen Gate
und Source mit den anderen der Anschlüsse verbunden ist, wobei die
Source über
einen Serienwiderstand angeschlossen ist.
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Wie
gerade erwähnt,
ist die Schaltfrequenz der Schalteranordnung 1 mit zwei
Anschlüssen,
wie sie bisher mit Bezug auf die 2 bis 5 der Zeichnungen
beschrieben wurde, abhängig
von dem Widerstand der Last 20, d.h. dem Widerstand der Richtungsanzeigelampenanordnung
der 2, wenn der Widerstand 8 durch einen
diskreten Widerstand gebildet ist, und zwar wenn der Schalter 25 in die
erste oder zweite Position geschaltet wird, in der entweder das
eine Paar von Lampen 21, 22 oder das andere Paar
von Lampen 23, 24 mit dem Anschluss 3 verbunden
wird. Der Widerstand der Richtungsanzeigelampenanordnung 20 der 2 ist
jedoch höchstwahrscheinlich
sehr viel niedriger als der Widerstandswert des Widerstandes 8,
wenn der Schalter 25 in seine erste oder zweite Position
geschaltet wird, mit dem Ergebnis, dass diese Abhängigkeit
nur gering ist. Darüber
hinaus fällt
die Frequenz mit ansteigendem Widerstand dieser Anordnung ab.
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Zumindest
in einigen Ländern
erfordern Vorschriften, dass die Blinkfrequenz der Richtungsanzeigelampen
eines Straßenfahrzeugs
sich deutlich erhöht,
wenn eine der Lampen des eingeschalteten Paares ausfällt, um
damit einen Ausfall anzuzeigen. Eine solche Erhöhung der Frequenz kann bei
Schalteranordnungen 1 der 2 bis 5 dadurch
erreicht werden, dass der Widerstand 8 als steuerbare Stromquelle
ausgebildet ist, die den durch den Schalter 4 fließenden Strom
misst, wenn der Schalter 4 geschlossen ist, und den Ausgangsstrom
der Stromquelle in solcher Weise steuert, dass der Ausgangsstrom
bei einer Verringerung des gemessenen Stroms ansteigt. 6 der
Zeichnungen zeigt ein Beispiel, wie die Schalteranordnung 1 der 2 ausgebildet
werden kann, um dieses Ergebnis zu erzielen.
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Wie 6 zeigt,
wird der Widerstand 8 der 2 durch
eine steuerbare Stromquelle gebildet, die Ausgangsanschlüsse 64 und 65 aufweist
sowie einen Steuersignaleingangsanschluss 66. Die Stromquelle 8 hat
die Form eines Stromspiegels mit einem Paar von pnp-Transistor-Strukturen 67 und 68,
deren Emitter miteinander verbunden und an den Anschluss 64 angeschlossen
sind, während
die miteinander verbundenen Basiselektroden an dem Anschluss 66 angeschlos sen
sind. Der Kollektor der Struktur 67 ist mit dem Anschluss 65 und
der Kollektor der Struktur 68 ist mit dem Anschluss 66 verbunden.
Der Steuersignaleingang 66 der Quelle 8 wird von
dem Ausgang 69 eines Transkonduktanz-Verstärkers 70 gespeist.
Der Vcc-Eingang 71 des Verstärkers 70 ist mit dem
gemeinsamen Punkt 12 des Widerstandes 8 und des
Kondensators 9 verbunden, und der Vdd-Eingang 71 des Verstärkers ist
an dem Anschluss 3 angeschlossen, so dass der Verstärker 70 im
Betrieb von dem Kondensator 9 gespeist wird.
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Ähnlich wie
die Ausführungen
nach den
3 bis
5 ist in
6 der
Schalter
4 als n-Kanal Leistungs-MOSFET der Anreicherungstype
ausgebildet, wobei das Gate den Steuereingang
13 bildet,
die Source mit dem Anschluss
3 verbunden und der Drain
mit dem Anschluss
2 verbunden ist. In
6 ist
der MOSFET jedoch mit einer zusätzlichen getrennten
Source-Region
73 ausgestattet, wie zum Beispiel in
EP-A-0139998 beschrieben.
Die Region
73 ist über
einen Widerstand
74 mit dem Anschluss
3 verbunden,
und die Teile
73 und
74 bilden zusammen eine Strommesseinrichtung.
Wie in
EP-A-0139998 beschrieben,
erzeugt im Betrieb der Strom durch die zusätzliche Source-Region
73 den
Strom durch die Haupt-Source-Region des MOSFET. Aus diesem Grund
wird beim Schließen
des MOSFET-Schalters
4 die Größe der Spannung gegenüber dem
Anschluss
3 an der zusätzlichen
Source-Region
73 proportional zu dem Strom durch den Schalter.
Jedes Mal, wenn der MOSFET-Schalter
4 geschlossen wird,
wird diese Spannung durch eine Sample-and-Hold-Schaltung
75 abgetastet,
wobei ein Abtastsignaleingang
76 von dem Ausgang
28 der
Spannungsschwellwertschaltung
26 gespeist wird. Der Ausgang
77 der
Schaltung
75 ist mit dem invertierenden Eingang
78 des
Transkonduktanz-Verstärkers
70 verbunden.
Der nicht invertierende Eingang
79 des Verstärkers
70 ist
mit dem gemeinsamen Punkt
12 des Widerstandes
8 und
des Kondensators
9 über
einen Widerstand
80 verbunden und mit dem Anschluss
3 über eine
Zener-Diode
81, so dass der Eingang
90 durch eine
Referenzspannung gespeist wird, die gleich der Durchbruchspannung
der Diode
81 im Betrieb ist. Aus diesem Grunde nehmen der Strom
am Ausgang
65 der Stromquelle
8, wenn der Schalter
4 geöffnet ist,
und damit die Schaltfrequenz der Schalteranordnung
1 ebenfalls
mit abfallender Spannung an der zusätzlichen Source-Region
73 zu, wenn
der Schalter
4 geschlossen ist, d.h. mit ansteigendem Widerstand
der Last
20 der
2.
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Der
MOSFET-Schalter der
6 kann zusammen mit seiner zusätzlichen
Source-Region
73 und dem Widerstand
74 ersetzt
werden, zum Beispiel durch eine Leistungshalbleiteranordnung und
eine Strommessschaltung wie sie beschrieben und beansprucht werden
im
US-A-5.081.379 .
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Die
in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen
für die
Spannungsschwellwertschaltung 26 der 2 können selbstverständlich auch
für die
Schwellwertschaltung 26 der 6 verwendet werden.
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Falls
es erwünscht
ist, kann der Teil der Schalteranordnung 1 jeder der 3 bis 6,
wie er durch eine gestrichelte Linie 39 angedeutet ist,
als Einheitsschaltungskomponente ausgebildet sein mit einem Anschluss 40 zur
Verbindung mit einer Elektrode des Kondensators 9, einem
Anschluss 41 zur Verbindung mit der anderen Elektrode des
Kondensators 9 und Verwendung als Anschluss 3,
und ein Anschluss 42 zur Verwendung als Anschluss 2.
Die Inhalte solcher Komponenten können in einer gewöhnlichen
Anordnung mit drei Anschlüssen
untergebracht sein.
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Beim
Lesen der oben gegebenen Beschreibung und nach dem Studium der beigefügten Zeichnungen
werden weitere Modifikationen und Abänderungen dem Fachmann klar.
Solche Modifikationen und Abänderungen
können
andere Merkmale betreffen, die allgemein schon aus dem Stand der
Technik bekannt sind und die anstelle oder zusätzlich zu den hier beschriebenen
Merkmalen benutzt werden können.