SE463185B - Svaengningskrets foer eliminering och reducering av straalningsfaelt - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 463 185 elektricitet, måste därför i regel anpassas till tillgängliga kompo- nenter, vilket utgör en begränsning när det gäller att på bästa sätt dimensionera en krets för att lösa olikartade problem, som kan uppstå i samband med statisk elektricitet.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad strömkrets av det inledningsvis angivna slaget. Den förbättring som härvid i första hand eftersträvas är att eliminera de nackdelar som vidlåder anordningar enligt känd teknik. Speciellt eftersträvas en avledare av statisk elektricitet, som är aktiv även i närvaro av små laddningar.

Det önskade resultatet erhålles därigenom att anordningen enligt uppfinningen innefattar en âterkopplad inverterare eller inverterar- block eller en återkopplad serie av ett udda antal seriekopplade inverterare eller inverterarblock, varvid var och en av inverterarna innefattar en eller flera transistorer.

Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den följande beskrivningen och av efterföljande patentkrav.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande beskrivningen kommer att hänvisas till följande ritníngsfigurer, av vilka Fig. 1 visar ett enkelt kopplingsschema för en inverterare, Fig. 2 visar en enkel krets avsedd för avledning av statisk elektricitet omfattande en återkopplad inverterare, » Fig. 3 visar en krets avsedd för samma ändamål som kretsen enligt Fig. 1 men med en återkopplad serie omfattande tre * inverterare, 10 15 20 25 30 35 463 185 3 Fig. 4 visar en krets avsedd för samma ändamål som kretsen enligt Fig. 1 men med en återkopplad serie omfattande tre inverterare samt i serie med dessa 3 st parallellkopplade inverterare, Fig. 5 visar i diagramform sambandet mellan tid och potential i en punkt i svängningskretsen enligt Fig. 2, Fig. 6 visar i diagramform sambandet mellan tid och potential i en punkt i svängningskretsen enligt Fig. 3 eller 4, och Fig. 7 visar en krets, som överensstämmer med kretsen enligt Fig. 4 men som har kompletterats med två resistorer.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Refererande till ritningsfigurerna betecknas avledare i form av en kolfiberborste allmänt med hänvisningssiffran 2. Kolfiberborsten 2 kan exempelvis vara utformad som en långsmal borste, som med borstarna vända mot exempelvis en rörlig materialbana 1 placeras parallellt med banans 1 plan och vinkelrät mot banans förflyttningsriktning. Kol- fiberborsten kan endera stryka utefter banan eller vara monterad på ett avstånd av exempelvis 1.5 cm från banan. Såsom framgår av Fig. 2, 3 och 4 är borsten 2 medelst en ledare förbunden med en elektrisk krets. Kolfiberborsten har funktionen av avledningsorgan, som närmast den laddade banan skall avlyfta laddningar från banan.

Den elektriska kretsen är genom sin uppbyggnad med ett udda antal av seriekopplade och återkopplade inverterare instabil och tenderar att självsvänga med en bestämd egenfrekvens mellan en övre och en nedre potentialnivå.

Om kolfiberborsten är anordnad på ett måttligt avstånd på exempelvis 15 mm från den med statisk elektricitet laddade förbipasserande materialbanan, induceras laddningar vid borstspetsarna. Dessa ladd- ningar ger en fältstyrka, som periodvis förstärks genom kopplingen 10 15 20 25 30 35 463 185 till den självsvängande kretsen. Därvid överskrids luftgapets elektriska hållfasthet, varvid en spontan jonisation sker och därmed även en överföring av positiv eller negativ laddning mellan material- banan 1 och kolborsten 2. Överföring av laddningar kan även ske direkt, varvid kolfiberborsten är i direkt kontakt med den förbi- passerande materialbanan.

Kretsarna enligt Fig. 2, 3 och 4 är uppbyggda av inverterare. I Fig. l visas ett enkelt kopplingsschema för en inverterare, som är så upp- byggd att en hög potential vid ingången a ger en låg potential vid utgången f och en låg potential vid ingången a ger en hög potential vid utgången f. Inverteraren innefattar i det enkla utförandet, som visas i Fig. l, en resistor och en transistor.

Genom att sammankoppla utgången f med ingången a i en inverterare erhåller man en svängningskrets, med en bestämd egenfrekvens, som är beroende av fördröjningen mellan ett signalskifte vid ingången a och motsvarande signalskifte vid utgången f.

I Fig. 2 visas en enkel återkopplad inverterare 4. Om en matnings- spänning på ca 4V läggs mellan kontaktpunkter 17 och 18, aktiveras inverteraren 4, och återkopplingen mellan utgången f och ingången a medför att återkopplingskretsen självsvänger med en frekvens, som är beroende av tidsfördröjningen mellan ett signalskifte vid ingången a och motsvarande signalskifte vid utgången f. Denna fördröjning är av storleksordningen ca 1.5 ns, vilket ger en frekvens av ca 300 Mhz.

Kolfiberborsten 2 är medelst en ledare ansluten till svängningskretsen vid en kontaktpunkt 15. Under förutsättning att inverteraren är aktiverad, varierar potentialen vid kontaktpunkten 15 i enlighet med diagrammet i Fig. 5 mellan en övre och en nedre potentialnivå, varvid mittpotentialen mellan dessa nivåer i huvudsak överensstämmer med potentialen hos kontaktpunkten 18. Om man vidare förutsätter att signalfördröjningen i inverteraren 4 är 1.5 ns, erhålles således vid borstspetsarna en i förhållande till potentialen hos kontaktpunkten 18 10 15 20 25 30 35 symmetrisk potentialvariation med frekvensen 333 MHz. Om matnings- spänningen till inverteraren 4 mellan kontaktpunkterna 17 och 18 uppgår till ca 4V, kommer amplituden hos spänningsvariationen vid kontaktpunkten 15 och vid borstspetsarna att vara av storleksordningen 1.5-2V. Spetsarna hos kolfiberborsten 2 kan, beroende på materialet i materialbanan, hållas på ett avstånd av upp till ca 50 cm från en förbipasserande materialbana, varvid den högfrekventa potentialvaria- tionen avleder såväl positiva som negativa laddningar från material- banan.

Potentialen hos kontaktpunkten 18 kommer därvid att utgöra den referenspotential till vilken materialbanans potentialnivå anpassas.

Om exempelvis materialbanan 1 löper i en maskin med ett metalliskt stativ och man önskar anpassa materialbanans potentialnivå till stativets potentialnivå, kan kontaktpunkten 18 förbindas med maskinstativet. Detta är emellertid ej nödvändigt, om kontaktpunkten 18 via exempelvis matningen till inverteraren hålls på en önskad potentialnivå. Man kan på så sätt erhålla en konstgjord jordning.

I samband med olika applikationer har det visat sig att en bättre avledning av statisk elektricitet kan erhållas med en krets, som ger en lägre frekvens än den som erhålles med en enda återkopplad inverterare. En ytterligare föredragen utföringsform erhålles med en krets i enlighet med Fig. 3. Kretsen ifråga består av 3 st serie- kopplade inverterare. Den första inverterarens 4a utgång är ansluten till ingången till den andra inverteraren 4b och denna inverterares utgång är ansluten till den tredje inverterarens 4c ingång. Vidare är utgången tillhörande den tredje inverteraren 4c kopplad till ingången tillhörande den första inverteraren 4a. Matningsspänningen till de tre inverterarna 4a, 4b och 4c läggs mellan kontaktpunkterna 27 och 28.

Kretsen enligt Fig. 3 har dessutom kompletterats med en RC-krets. Man har således kopplat in en kondensator 23 mellan borsten 2 och kontakt- punkten 25. Vidare har en resistor 29 inkopplats mellan å ena sidan en kontaktpunkt 26, som ligger mellan borsten 2 och kondensatorn 23, och å andra sidan kontaktpunkten 28. 10 15 20 25 30 35 463 185 Genom seriekopplingen av inverterarna 4a, 4b och 4c erhålles en fördröjning mellan ett signalskifte vid ingången till inverteraren 4a och motsvarande signalskifte vid utgången hos inverteraren 4c, som är lika med det tredubbla av fördröjningen mellan ett signalskifte vid ingången a och motsvarande signalskifte vid utgången f hos en enskild inverterare. De tre seriekopplade inverterarna 4a, 4b och 4c kommer således att ha samma funktion som en enskild inverterare, varvid dock fördröjningen mellan signalskifte vid ingången och signalskifte vid utgången tredubblas.

Fördröjningen kan ytterligare ökas genom att utöka antalet serie- kopplade inverterare, varvid dock antalet inverterare måste vara udda om inverterarfunktionen skall bibehållas.

Om man för kretsen enligt Fig. 3 använder samma inverterare som den som användes till kretsen enligt Fig. 2, erhålles över återkopplings- kretsen mellan utgången hos inverteraren 4c och ingången hos inverte- raren 4a en svängningskrets med en egenfrekvens som är en tredjedel av egenfrekvensen hos kretsen enligt Fig. 2 eller ca 100 Mz, om fördröj- ningen mellan ett signalskifte vid ingången a och motsvarande signal- skifte vid utgången f hos en enskild inverterare uppgår till ca 1.5 ns.

RC-kretsen med en kondensator 23 och en resistor 29 påverkas av svängningsförloppet i âterkopplingskretsen på så sätt att spänningen över kondensatorn ökar respektive minskar i samband med varje signal- skifte, varvid förändringstakten i spänningsökningen eller -minsk- ningen avtar mellan signalskiftena. Spänningen eller potentialskill- naden över resistorn 29 är lika med skillnaden mellan å ena sidan spänningsdifferensen mellan kontaktpunkterna 25 och 28 och å andra sidan spänningen över kondensatorn 23. Potentialskillnaden E2 mellan kontaktpunkterna 26 och 28 kommer därför att variera enligt diagrammet, som visas i Fig. 6. Även potentialnivån hos borsten 2 kommer således att variera enligt diagrammet på Fig. 6. 10 15 20 25 30 35 463 185 En förutsättning för att man skall erhålla de spänningsspikar vid maximal och minimal potential, som visas i Fig. 6, är att RC-kretsens tidskonstant är av samma storleksordning som halva svängningstiden hos egensvängningen i återkopplingskretsen. I en föredragen utföringsform har motståndet R valts till 1 megaOhm och kapacitansen C till 1 nonoFarad.

Hos kolfiberborstens 2 spetsar erhålles en variation av potentialnivån mellan ett övre och ett lägre värde, varvid extremvärdena ligger i huvudsak symmetriskt i förhållande till potentialnivån vid kontakt- punkten 28. Om exempelvis materialbanan 1 löper i en maskin med ett metalliskt stativ och man önskar anpassa materialbanans potentialnivå till stativets potentialnivå, kan kotaktpunkten 28 förbindas med maskinstativet. Detta är emellertid ej nödvändigt, om kontaktpunkten 28 via exempelvis matningen till inverteraren hålls på en önskad potentialnivå. Man kan på så sätt erhålla en konstgjord jordning.

Det har visat sig att potentialvariationen hos borsten 2 med den spetsiga kurvformen med spikade extremvärden ifråga om potential, som visas i Fig. 6, väsentligt bidrar till avledarkretsens förmåga att avleda statisk elektricitet.

Kretsen enligt Fig. 4 innefattar utöver en återkopplad serie omfattande tre seriekopplade inverterare även ett block med tre parallellkopplade inverterare. kretsen enligt Fig. 4 kan erhållas genom att i kretsen enligt Fig. 3 inkoppla ett inverterarblock 5 omfattande tre parallellkopplade inverterare mellan kontaktpunkten 25 och kondensatorn 23. I kretsen enligt Fig. 4 har den återkopplade serien av tre inverterare funktionen av en pulsgenerator. Potentialen i en gemensam utgång 35 för de tre parallellkopplade inverterarna kommer att svänga fasförskjutet men i samma takt som återkopplings- kretsen i den återkopplade serien inverterare. Med kretsen enligt Fig. 4 erhålles vid kolfiberborsten 2 en potentialvariation som överens- stämmer med den som erhålles med kretsen enligt Fig. 3 och som visas i Fig. 6. Med kretsen enligt Fig. 4 erhålles samtidigt en avsevärt 10 15 20 25 465 185 förstärkt effekt, vilket kan vara önskvärt, om man exempelvis vill ansluta flera kolfiberborstar till samma krets.

Kolfiberborsten kan ersättas med folier eller film och kolfiber- materialet kan ersättas med annat lämpligt ledande material.

Såsom visas i Fig. 7 har kretsen enligt Fig. 4 kompletterats med en resistor R1 för intrimning av frekvens och amplitud. Vidare har kretsen enligt Fig. 4 kompletterats med en resistor R2 med s k pull-up funktion för förstärkning av utström.

Inverterarna behöver inte vara uppbyggda enligt Fig. 1. Inverterings- funktionen kan även erhållas med exempelvis NAND-grindar, hos vilka en ingång sammankopplas med matningen. Även andra modifikationer av de beskrivna utföringsformerna än de ovan anförda är möjliga utan att man därför avviker från uppfinningens allmänna principer och utan att sagda modifikationer medför att den modifierade anordningen faller utanför gränserna för de på de följande sidorna angivna patentkraven.

Q: :1

Claims (9)

4:... CH 24 -ån CO (ïï PATENTKRAV

1. Svängningskrets för eliminering och reducering av strålningsfält, som exempelvis alstras i material (l) i behandlings- och hanterings- maskiner eller i elektriska apparater, vilken svängningskrets utgörs av en strömkrets, som tillsammans med en avledare (2) ingår i en enhet för avledning av statisk elektricitet, k ä n n e t e c k n a d av att svängningskretsen innefattar en återkopplad inverterare (4) eller in- verterarblock (5) eller en återkopplad serie av ett udda antal serie- kopplade inverterare (4a, 4b, 4c) eller inverterarblock (5), varvid var och en av inverterarna innefattar en eller flera transistorer och att spänningsamplituden hos potentialsvängningen, som överförs till avledningsorganet (2), ligger mellan 0.1 och 15 V och företrädesvis mellan 2 och 3 V.

2. Svängningskrets enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en RC-krets med åtminstone en kondensator (23) inkopplad mellan inverterarkretsen och avledningsorganet samt minst en resistor (29) inkopplad mellan avledningsorganet (2) och referenspunkten (28) för jordning eller konstgjord jordning.

3. Svängningskrets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett inverterarblock (5) omfattande en eller flera paral- lellkopplade inverterare (4d, 4e, 4f), varvid inverterarblocket är inkopplat mellan å ena sidan den återkopplade inverteraren (4) eller det återkopplade blocket av inverterare eller den återkopplade serien (4a, 4b, 4c) med ett udda antal inverterare och å andra sidan RC- kretsen.

4. Svängningskrets enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a d av att egenfrekvensen i återkopplingskretsen hos den återkopplade serien, (4a, 4b, 4c) med ett udda antal inverterare lig- ger mellan 500 Hz och 500 MHz och företrädesvis mellan 75 och 350 MHz.

5. Svängningskrets enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a d av att matningsspänningen till inverterarna (4) uppgår till mellan 2 och 15 V och företrädesvis mellan 2.5 och 3.5 V. GN LN -..x CO (J1 10

6. Svängningskrets enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k n a d av att RC-kretsens tidskonstant ligger mellan 1/10 och 2/3 och före- trädesvis mellan 5% och 30% av svängningstiden hos egensvängningen i återkopplingskretsen hos den återkoppade inverteraren (4) eller hos det återkopplade blocket av ínverterare eller hos den återkopplade se- rien (4a, 4b, 4c) med ett udda antal inverterare.

7. Svängningskrets enligt något av kraven 2-6, k ä n n e t e c k n a d av att RC-kretsens kapacitans uppgår till mellan 0.1 nonoFarad och 2 mikroFarad och företrädesvis till mellan 0.5 och 1.5 nonoFarad.

8. Svängningskrets enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a d av att i matningskretsen till den återkopplade inverte- raren (4) eller det återkopplade inverterarblocket eller den återkopp- lade serien (4a, 4b, 4c) av ett udda antal seriekopplade inverterare eller inverterarblock är inkopplad en resistor (Rl), som medger trim- ning av amplitud och frekvens utan inverkan på senare komponenters matningsspänning.

9. Svängningskrets enligt något av kraven 3-8, k ä n n e t e c k n a d av inverterarblocket (5), som är inkopplat mellan å ena sidan den återkopplade inverteraren (4) eller det återkopplade inverterarblocket eller den återkopplade serien (4a, 4b, 4c) av ett udda antal serie- kopplade invérterare eller inverterarblock och å andra sidan RC- kretsens åtminstone en kondensator, har ingångarna och matningskretsen förbundna via en ledning, som innehåller åtminstone en resistor (R2). m