CH337586A - Einrichtung zum Schalten elektrischer Stromkreise in Abhängigkeit von einer Temperatur - Google Patents

Description

  Einrichtung zum Schalten elektrischer Stromkreise in Abhängigkeit von einer Temperatur    Es ist bekannt, die     Verstärkereigenschaft    der  Transistoren für zahlreiche Zwecke der Steuer- und  Regeltechnik anzuwenden. Wie beispielsweise bei den       Flektronenröhren    beruht diese     Verstärkereigenschaft     auf dem besonderen Verlauf der Kennlinien des  Transistors, das heisst auf dem bei verschiedenen  Steuerspannungen unterschiedlichen Verhältnis der  gesteuerten Spannung zum gesteuerten Strom, bei  spielsweise der     Kollektorspannung    zum Kollektor  strom. Derartige bekannte Kennlinien für Flächen  transistoren in     emittergeerdeter    Schaltung zeigt bei  spielsweise     Fig.    1.

   Es ist die Abhängigkeit des     Kollek-          torstromes    1, von der     Kollektorspannung        U,,    darge  stellt. Bei verschiedenen Basisströmen als Parameter  ergeben sich die in der Zeichnung dargestellten  Kennlinien, und zwar die Kurve A für einen Basis  strom von<I>50</I>     ,uA,    die Kurve<I>B</I> für 100     ,uA    und die  Kurve C für 150     ctA.    Diese Kennlinien gelten, so  lange der     Stromverstärkungsfaktor    y kleiner als 1 ist.

    Dabei sei unter dem     Stromverstärkungsfaktor    das  Verhältnis j\" , das heisst das Verhältnis des     Kollek-          IQ          torstromes    zum     Emitterstrom    verstanden.  Eingehende Versuche haben gezeigt, dass bei Er  wärmung des Transistors und Überschreiten einer  bestimmten Grenztemperatur der     Stromverstärkungs-          faktor        y    auf Werte grösser als 1 ansteigt. Dadurch  verändern sich die in     Fig.    1 dargestellten Kennlinien  in der Weise, dass für sämtliche Basisströme die in       Fig.    2 dargestellte Kurve D gilt.  



  Die Erfindung ermöglicht die technische Auswer  tung dieser obigen     Erkenntnis    und besteht in der  Verwendung eines Transistors als temperaturabhän  giges Schaltorgan. Dies kann dadurch erreicht wer  den, dass bei dem Transistor Lastwiderstand,     Kollek-          torspannung    und Steuerstrom derart bemessen wer-    den, dass der Transistor in Abhängigkeit von der  Temperatur zwei Arbeitspunkte aufweist.  



  Anhand der     Fig.    3 sei die Wirkungsweise eines       Ausführungsbeispiels    der Erfindung näher erläutert.  Es ist wiederum die     Abhängigkeit    des Kollektor  stromes 1, von der     Kollektorspannung        U,    eines  Transistors in     emittergeerdeter    Schaltung dargestellt.  Dabei möge E die Arbeitsgerade des an den Tran  sistor angeschlossenen Lastwiderstandes darstellen.  Der Schnittpunkt F zwischen den Kennlinien E und A  stellt dann den Arbeitspunkt dar. Bei     Erwärmung    des  Transistors über die zulässige Grenztemperatur klappt  die Kennlinie<I>A</I> in die Lage der Kennlinie<I>D</I> um.

         Damit    wandert der Arbeitspunkt längs der Wider  standskennlinie E vom Punkt F zu dem Punkt G.       Hiermit    ist aber eine weitgehende     Änderung    der       Transistorkennwerte    verbunden, so dass es beispiels  weise möglich ist, durch     überwachung    der Kollektor  spannung oder des     Kollektorstromes    das überschrei  ten einer vorbestimmten Temperatur anzuzeigen.

    Weiterhin kann die     Änderung    der     Kollektorspannung     bzw. des     Kollektorstromes    dazu verwendet werden,  bei einer gegebenen Temperatur einen Stromkreis zu  schalten, beispielsweise den Heizstromkreis     eines     elektrischen Wärmegerätes, um die Temperatur dieses  Wärmegerätes konstant zu halten. Dabei hat die Ver  wendung eines Transistors als temperaturabhängiges  Schaltorgan, beispielsweise anstelle der bisher ver  wendeten     Bimetallschalter,    den erheblichen Vorteil,  dass die Schaltung     funkenfrei    erfolgt, so dass z. B.

    die lästigen     Rundfunkstörungen    beim Schalten selbst  regelnder elektrischer Wärmegeräte fortfallen, die  Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen ohne  besondere     Kapselung    möglich ist, keine Kontaktab  nutzung erfolgt usw.  



  Im übrigen kann die Schaltung des Transistors  so ausgebildet sein, dass die für den zweiten Arbeits-           punkt    erforderliche höhere Temperatur des Transistors  durch den zu verstärkenden Strom hervorgerufen  wird. Anhand der     Fig.    4 sei dieser Vorgang näher       erläutert.    Es sind wiederum die Kennlinien<I>A, D</I>  und E mit den Arbeitspunkten F und G dargestellt.  Ausserdem ist eine Kurve H eingetragen, welche die  Leistungshyperbel des Transistors sein möge und die  Grenze derjenigen Leistung angibt, bis zu der der  Transistor belastet werden kann, ohne dass eine un  zulässig hohe Erwärmung eintritt.

   Wird nun, wie in       Fig.    4 dargestellt, die Schaltung so ausgebildet, dass  der sich bei der niedrigeren Temperatur einstellende  Arbeitspunkt F des Transistors oberhalb, der sich  bei der höheren Temperatur einstellende Arbeitspunkt  G dagegen unterhalb der Leistungshyperbel des  Transistors befindet, so wird sich der Transistor beim  Arbeiten an dem Punkt F unzulässig hoch erwärmen,  das heisst, er wird die Grenztemperatur überschreiten,  so dass mit dem Umklappen der Kennlinie A in den  Verlauf der Kennlinie D der Arbeitspunkt sich von  F nach G verlagert. An dieser Stelle ist jedoch die  Grenzleistung nicht mehr überschritten, so dass sich  der Transistor wieder abkühlt. Beim Unterschreiten  der Grenztemperatur springt der Arbeitspunkt von G  nach F zurück.

   Hier erwärmt sich der Transistor  wieder, so dass auf diese Weise ein ständiger Wechsel  des Arbeitspunktes zwischen den Punkten F und G  eintritt. Man erhält also ein elektrothermisches Kip  pen des Transistors und damit des von diesem Tran  sistor gesteuerten Stromkreises mit einer Frequenz,  deren Höhe u. a. von der Lage der Punkte F und G  abhängig ist, das heisst also, von der Arbeitsgerade  des an den Transistor angeschlossenen Lastwider  standes. Dabei ist selbstverständlich nicht nur der  eigentliche Lastwiderstand als solcher zu berücksich  tigen, sondern der gesamte, in dem Belastungsstrom  kreis des Transistors liegende     Ohmsche    Widerstand.  



  Weiterhin ist aber auch die Kippfrequenz abhän  gig von der Wärmekapazität des Transistors. Wird  also anderseits die Heizzeit am Arbeitspunkt F sowie  die Kipptemperatur des Transistors bestimmt, so lässt    sich auf diese Weise ohne besondere Schwierigkeit  die Wärmekapazität des Transistors mit verhältnis  mässig grosser Genauigkeit bestimmen.  



  Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben  beschriebenen Anwendungsbeispiele. Sie ist überall  da zu verwenden, wo beispielsweise in Abhängigkeit  von einer Temperatur ein Schaltvorgang ausgelöst  werden soll. Weiterhin lässt sie sich, wie bereits oben  beschrieben, zur Erzeugung von Kippschwingungen  verwenden, welche beispielsweise bei Warnanlagen,  für Blinklichter und dergleichen, geeignet sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zum Schalten elektrischer Stromkreis in Abhängigkeit von einer Temperatur, dadurch ge kennzeichnet, dass als temperaturabhängiges Schalt organ in dem zu schaltenden Stromkreis ein Tran sistor angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung zum Schalten elektrischer Strom kreise nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass Lastwiderstand, Arbeits- und Steuerspan nung des Transistors derart bemessen sind, dass die Schaltung in Abhängigkeit von der Temperatur zwei Arbeitspunkte aufweist. 2.

   Einrichtung zum Schalten elektrischer Strom kreise nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente derart bemessen sind, dass die für den zweiten Arbeitspunkt erforderliche Temperatur des Transistors durch des sen eigene Erwärmung durch den Laststrom hervor gerufen wird. 3. Einrichtung zum Schalten elektrischer Strom kreise nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bei der niedri geren Temperatur einstellende Arbeitspunkt des Transistors oberhalb und der sich bei der höheren Temperatur einstellende Arbeitspunkt unterhalb der Leistungshyperbel des Transistors liegt, so dass selbst tätige elektrothermische Kippschwingungen entstehen.