Impulsgeberschaltung Die Erfindung betrifft eine Impulsgeberschaltung mit zwei komplementären Transistoren, zwischen denen eine RC-Serienschaltung vorgesehen ist.
Durch die schweizerische Patentschrift Nr. 382 664 ist eine solche Impulsgeberschaltung bekanntgeworden, die als Multivibratorschaltung ausgebildet ist. In einer Multivibratorschaltung sind jedoch in den Impulsinter vallen nicht beide Transistoren gesperrt, vielmehr bleibt ein Transistor stets eingeschaltet; dadurch ergibt sich ein vergleichsweise hoher Stromverbrauch, der sich ins besondere bei Kleinuhren mit Miniaturzellen nachteilig auswirkt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe be steht darin, eine Impulsgeberschaltung der eingangs ge nannten Art zu schaffen, die zwar gegenüber der be kannten Impulsgeberschaltung einen erheblich niedrige ren Stromverbrauch aufweist, aber trotzdem infolge Temperatur- und Spannungsunabhängigkeit über eine solche Ganggenauigkeit verfügt, dass sie sich ausge sprochen für Zeitgeberzwecke eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge löst, dass die Schaltung als Sperrschwingerschaltung aus gebildet ist, deren erster, mit seiner Basis an die RC-Se- rienschaltung angeschlossener Transistor ein npn-Tran- sistor mit ausgeprägter Schwellenspannung ist, und dass der Kondensator der RC-Serienschaltung ein Ladekon densator ist, dessen mit der Basis des ersten Transistors verbundener Belag mit einer stabilisierten positiven Spannung über einen Regelwiderstand entsprechend der Zeitkonstante so aufladbar ist,
dass beim Erreichen der Schwellenspannung der erste Transistor und damit gleichzeitig der zweite Transistor öffnet und der mit einer spannungsstabilisierten Impulsabgabespule und dem anderen Belag des Ladekondensators verbundene Kollektor des zweiten Transistors durch die an ihm auf tretende positive Spannung den Ladekondensator ent lädt und dadurch gleichzeitig beide Transistoren sperrt. In bevorzugter Weise gelangt als npn-Transistor mit ausgeprägter Schwellenspannung ein Siliziumtransistor zur Anwendung und zur Spannungsstabilisierung wer den
vorzugsweise Zenerdioden eingesetzt.. Diese beiden Merkmale sind zwar je für sich bekannt, und zwar wird im Artikel von Lavet: Perfectionnements apportes aux montres electroniques munies d'oscillateurs electrome- caniques de hasse frequene-- ,
erschienen in der fran zösischen Zeitschrift Annales Françaises de Chrono- metrie von 1964, Band 18, 2. Serie, Jahrgang 34, R. Quartal, Seiten 239-247, die Benützung von Silizium transistoren anstelle von Germaniumtransistor;
n emp fohlen, während die Spannungsstabilisation mittels Ze- nerdioden beispielsweise in der schweizerischen Patent schrift Nr. 354 032 und in dem Artikel Applications of Zener Diodes , erschienen in der USA-Zeitschrift Aerovox Research Worker , vom September/Oktober 1958, Vol. <B>28,</B> Nr.9-10, beschrieben ist.
Indessen er schöpft sich der Gedanke der vorliegenden Erfindung keineswegs in dem Ersatz eines Germaniumtransistors durch einen Siliziumtransistor und in der Anwendung von Zenerdioden zur Spannungsstabilisierung;
er um fasst vielmehr eine Reihe von Merkmalen, die nur in der angegebenen Kombination zu dem gewünschten Erfolg führen und eine neue, speziell für Zeitgeberzwecke ge eignete Sperrschwingerschaltung ergeben, die tempera- tur- und spannungsunabhängig ist, selbsttätig genaue Zeitimpulse abgibt und zudem auch mit Wechselspan nung betrieben werden kann.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an hand eines Schaltbildes beispielsweise dargestellt, wobei zum Betrieb der Schaltung eine Gleichspannungsquelle vorgesehen ist.
Der Schalttransistor 1 mit der Impulsabgabespule 2 wird mit einem Widerstand 3 oder einer Diode 4 so an die positive Spannung gelegt, dass kein Ruhestrom flie ssen kann, d. h. die Basis wird in abgeschaltetem Zustand praktisch an den Pluspol der Batterie gelegt und hat die gleiche Spannung wie der Emitter. Der Silizium-Tran- sistor 5 wird über eine Widerstandskombination 8/7 zur Aufladung eines Kondensators 6 verwendet. Die Kollek- torstrecke liegt direkt als zweite Diode an der Basis des Schalttransistors,
gegebenenfalls über einen Widerstand 9 anstelle einer Diode 10. Es ergibt sich nun, dass über den Widerstand 8 der eine Belag des Kondensators 6 aufgeladen wird, wobei der Ladestrom so bemessen ist, dass der Silizium-Transistor sich nicht öffnen kann. Be kanntlich besitzt der Silizium-Transistor eine Schwel lenspannung von ungefähr 0,6 bis 0,7 Volt.
Erst wenn über die Widerstandskombination 8 und 7, wob3i der Widerstand 7 im Verhältnis zu 8 sehr klein ist, der eine Belag des Kondensators 6 auf diese Schwellenspannung aufgeladen ist, kann sich der Siliziumtransistor 5 öffnen und steuert damit über seinen Kollektor den Schalttran sistor 1 auf. Durch das Öffnen des Schalttransistors 1 entsteht aber am Kollektor eine positive Spannung, welche über die Impulsabgabespule 2 nach Minus fliesst. Diese positive Spannung wird aber gleichzeitig an dem anderen Belag des Kondensators 6 wirksam und hebt dort das Potential auf die gleiche positive Spannung, d. h. der Kondensator 6 wird vollständig entladen.
Hierdurch wird der Silizium-Transistor 5 wieder ge sperrt und der Kondensator 6 wird über die Impuls abgabespule 2 wieder den an Minuspol der Batterie gc- legt. Der Vorgang wiederholt sich in gleicher Weise ständig. Der Widerstand 7 bildet im Zusammenhang mit dem Kondensator 6 eine Zeitkonstante, die für das Öffnen des Silizium-Transistors 5 massgebend ist. Mit dem Regelwiderstand 8 kann man die Zeitdauer, also die Impulsfolge, einstellen, da von diesem die Aufla- dung des Kondensators 6 abhängt.
Der Widerstand 9 soll nur den Strom begrenzen, der durch den Germa- niumtransistor 1 als Schalttransistor oder auch durch einen Silizium-Transistor als Schalttransistor fliessen kann.
Die Schaltung weist folgende Vorteile auf: Die Im pulsfolgefrequenz bleibt immer gleich. Sie ist unab hängig von der Spannung und der Temperatur; mit die sen ändert sich lediglich die Zeitdauer der Einschaltung, also das Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen Einschaltung und Pause. Dies ist aber für Zeitgeber uninteressant; wesentlich ist nur, dass die Einschalt folge, also die eigentliche Frequenz, unabhängig von allen Faktoren konstant gehalten wird. Durch die Aus nutzung des Silizium-Transistors mit seiner ausgeprägten Schwellenspannung ist dies in weiten Grenzen der Fall.
Wenn die Schaltfrequenz in sehr weiten Temperatur grenzen konstant gehalten werden soll, so kann man als Widerstand 9 einen temperaturabhängigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten wählen, oder man kann den Kondensator selbst mit einem solchen Widerstand überbrücken oder den Widerstand 7 in gleicher Form wählen. Die Möglichkeiten der Schaltun gen sind ausserordentlich bedeutend, insbesondere für die Impulsabgabe von niederfrequenten Impulsen, z. B. von 1 oder 10 Hz usw. Es ist eine ganz genaue Zeit haltung gewährleistet, so dass man also direkt Zeit impulse für Uhren abnehmen oder die Schaltung als Signalgeber oder für Zeitmarken verwenden kann.
Eine Spannungsstabilisierung für den Ladestrom über den Widerstand 8 kann über eine Zenerdiode 12 mit Vorwiderstand 13 erfolgen, ebenso mit der Zener- diode 11 die Stabilisierung der Schaltung und Impuls höhe.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht noch darin, dass man diese auch direkt an Wechselspannung betreiben kann, wobei man beispielsweise Wechselstrom mit 50 oder 60 Hz als Speisespannung verwendet. Dann kann man die Schaltung so auslegen, dass bei spielsweise erst nur nach jedem zehnten Wechsel eine Impulsabgabe von einer Sekunde erfolgt.
Man braucht in diesem Fall nur die Kondensator- und Widerstandswerte so zu wählen, dass beispielsweise 60 nachfolgende Irrpulse erforderlich sind, um den Kondensator 6 so weit aufzuladen, dass ein Schaltimpuls über den Silizium-Transistor abgegeben wird, d. h. dass erst nach 60 Impulsen eine Spannung an dem Tran sistor 5 entsteht, welche der Schwellenspannung ent spricht.
Zur Strombegrenzung kann man selbstverständ- lich bei Verwendung höherer Spannungen, wie bei spielsweise direkter Netzspannung, noch entsprechende Widerstände in die Basis- und Kollektorleitung legen, damit die Spannung so weit heruntergesetzt wird, dass nur Teilspannungen in der Schaltung wirksam werden.
Es ist auch möglich, einen Spannungsteiler in die Netz- Leitung zu legen und an diesem nur diejenige Spannung abzugreifen, welche für die Arbeit der Sperrschwinger- schaltung erforderlich ist.
In jedem Fall müssen Teil spannungen zur Verfügung stehen, die so niedrig sind, dass erst über eine erforderliche Zeit, die als Frequenz gewünscht wird, über den Widerstand 8 der Kondensator 7 impulsförmig durch die entsprechende Anzahl von Impulsen aufgeladen wird. Ausgenutzt wird hierbei je weils nur die eine Halbwelle des Wechselstroms und der Kondensator wird mit Teilspannungen so weit aufge laden, dass wieder die Schwellenspannung erreicht ist und der Transistor 5 öffnet. Im Prinzip kann man jede beliebige Wechselspannungsfrequenz mit dieser Schal tung in niederfrequente Einschaltimpulse hoher Ge nauigkeit umwandeln.
Für hohe Frequenzen kann es vorteilhaft sein, anstelle der Widerstände 3 und 9 ent sprechende Dioden mit hoher Schaltfrequenz (4 und 10) einzusetzen.
Der ausserordentlich grosse Vorteil dieser Sperr schwingerschaltung liegt darin, dass nur sehr wenige Schaltelemente benötigt werden, und dass damit ein exakter Zeitgeber aufzubauen ist, der vielseitig verwend- bar ist. Bei Uhren mit diesem Impulsgeber sind nur noch das Sekundenrad und die nachfolgenden Minuten- und Stundenräder erforderlich. Es erfolgt alle Sekunden selbsttätig die Weiterschaltung über die Impulsabgabe- spule 2.
Die Spule kann selbstverständlich auch dazu benutzt werden, über entsprechende Ausgangsschaltun- gen Zeitmarken oder Steuerungen über Relais vorzu- nehmen. Besitzt die Impulsabgabespule 2 einen hohen Selbstindukhionswert, so ist es zweckmässig, einen Kon densator über diese Spule zu schalten, um Eigenschwin- gungen,
die durch Rückkopplungen aus dem gesamten Werk entstehen können, zu vermeiden. Will man gleich zeitig auch das Tastverhältnis zwischen Einschaltdauer und Pausendauer verändern, so isst es bei Wechselspan- nung möglich, den Widerstand 9 durch einen entspre chenden Kondensator zu ersetzen. Es ergibt sich also eine völlig neue Schaltungsart,
die nicht wie ein Multivibrator durch Umkippen von einem Zustand in den anderen arbeitet, sondern selbst tätig Schaltimpulse bildet und diese an einen Schalt- transistor abgibt. Der besonders überraschende Effekt dieser Schaltung ist dabei, dass es gleichgültig ist, ob man diese mit Gleich- oder Wechselspannung betreibt. Es können trotzdem immer die gewünschten nieder frequenten Impulsfolgen gebildet werden.