CH519195A - Impulsgeberschaltung - Google Patents

Description

  
 



     Impuisgeberschaltung   
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 Impulsintervallen nicht beide Transistoren gesperrt, vielmehr bleibt ein Transistor stets eingeschaltet; dadurch ergibt sich ein vergleichsweise hoher Stromverbrauch, der sich insbesondere bei Kleinuhren mit Miniaturzellen nachteilig auswirkt.



   Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine   Impulsgeberschalbung    der eingangs genannten Art zu schaffen, die zwar gegenüber der bekannten Impulsgeberschaltung einen erheblich niedrigeren Stromverbrauch aufweist, aber trotzdem infolge Temperatur- und Spannungsunabhängigkeit über eine solche Ganggenauigkeit verfügt, dass sie sich ausgesprochen für   Zeitgeberzwecke    eignet.



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schaltung als Sperrschwingerschaltung ausgebildet ist, deren erster, mit seiner Basis an die RC-Serienschaltung angeschlossener Transistor ein npn-Transistor mit ausgeprägter Schwellenspannung ist, und dass der Kondensator der RC-Serienschaltung ein Ladekondensator 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 auftretende positive Spannung den Ladekondensator entlädt und dadurch gleichzeitig beide Transistoren sperrt.



   In bevorzugter Weise gelangt als npn-Transistor mit ausgeprägter Schwellenspannung ein Siliziumtransistor zur Anwendung und zur Spannungsstabilisierung werden 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 basse   frequenoe ,    erschienen in der französischen Zeitschrift  Annales   Françaises    de Chronometrie  von   1964,    Band 18, 2. Serie, Jahrgang 34, R.

  Quartal, Seiten 239-247, die Benützung von Siliziumtransistoren anstelle von   Oermaniumtransistoren    empfohlen, während die   Spannungsstabilis ation    mittels Zenerdioden beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift Nr. 354 032 und in dem Artikel  Applications of Zener Diodes , erschienen in der USA-Zeitschrift  Aerovox   Research    Worker , vom September/Oktober 1958, Vol. 28, Nr. 9-10, beschrieben ist.

  Indessen erschöpft sich der Gedanke der vorliegenden Erfindung keineswegs in dem Ersatz eines Germaniumtransistors durch einen Siliziumtransistor und in der Anwendung von Zenerdioden zur Spannungsstabilisierung; er umfasst vielmehr eine Reihe von Merkmalen, die nur in der angegebenen Kombination zu dem gewünschten Erfolg führen und eine neue, speziell für Zeitgeberzwecke geeignete Sperrschwingerschaltung ergeben, die temperatur- und spannungsunabhängig ist, selbsttätig genaue Zeitimpulse abgibt und zudem auch mit Wechselspannung betrieben werden kann.



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand anhand 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-Transistor 5 wird über eine Widerstandskombination 8/7 zur Aufladung eines Kondensators 6 verwendet. Die Kollektorstrecke 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. Bekanntlich besitzt der Silizium-Transistor eine Schwellenspannung von ungefähr 0,6 bis 0,7 Volt.

  Erst wenn über die Widerstandskombination 8 und 7, wobei 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 Schalttransistor 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 gesperrt und der Kondensator 6 wird über die Impulsabgabespule 2 wieder den an Minuspol der Batterie gelegt. 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 Aufladung des Kondensators 6 abhängt. Der Widerstand 9 soll nur den Strom begrenzen, der durch den Germaniumtransistor 1 als Schalttransistor oder auch durch einen Silizium-Transistor als Schalttransistor fliessen kann.



   Die Schaltung weist folgende Vorteile auf: Die Impulsfolgefrequenz bleibt immer gleich. Sie ist unabhängig von der Spannung und der Temperatur; mit diesen 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 Einschaltfolge, also die eigentliche Frequenz, unabhängig von allen Faktoren konstant gehalten wird. Durch die Ausnutzung des Silizium-Transistors mit seiner ausgeprägten Schwellenspannung ist dies in weiten Grenzen der Fall.



   Wenn die Schaltfrequenz in sehr weiten Temperaturgrenzen 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 Schaltungen sind ausserordentlich bedeutend, insbesondere für die Impulsabgabe von niederfrequenten Impulsen, z. B.



  von 1 oder 10 Hz usw. Es ist eine ganz genaue Zeithaltung gewährleistet, so dass man also direkt Zeitimpulse 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 Zenerdiode 11 die Stabilisierung der Schaltung und Impulshöhe.



   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 beispielsweise lerst nur nach jedem zehnten Wechsel eine Impuls abgabe von einer Sekunde erfolgt.



   Man braucht in diesem Fall nur die Kondensatorund Widerstandswerte so zu wählen, dass beispielsweise 60 nachfolgende Impulse 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 Transistor 5 entsteht, welche der   Schweilenspannung    entspricht. Zur Strombegrenzung kann man selbstverständlich bei Verwendung höherer Spannungen, wie beispielsweise 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 Netzleitung zu legen und an diesem nur diejenige Spannung abzugreifen, welche für die Arbeit der Sperrschwingerschaltung erforderlich ist. In jedem Fall müssen Teilspannungen zur Vierfügung 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 jeweils nur die eine Halbwelle des Wechselstroms und der Kondensator wird mit Teilspannungen so weit aufgeladen, dass wieder die Schwellenspannung erreicht ist und der Transistor 5 öffnet. Im Prinzip kann man jede beliebige Wechselspannungsfrequenz mit dieser Schaltung in niederfrequente Einschaltimpulse hoher Genauigkeit umwandeln.

  Für hohe Frequenzen kann es vorteilhaft sein, anstelle der Widerstände 3 und 9 entsprechende Dioden mit hoher Schaltfrequenz (4 und 10) einzusetzen.



   Der ausserordentlich grosse Vorteil dieser Sperrschwingerschaltung liegt darin, dass nur sehr wenige Schaltelemente benötigt werden, und dass damit ein exakter Zeitgeber aufzubauen ist, der vielseitig verwendbar ist. Bei Uhren mit diesem Impulsgeber sind nur noch das Sekundenrad und die nachfolgenden Minutenund   Stundenräder    erforderlich. Es erfolgt alle Sekunden selbsttätig die   Weiterschattung    über die Impulsabgabespule 2. Die Spule kann selbstverständlich auch   dazn    benutzt werden, über entsprechende Ausgangsschaltungen Zeitmarken oder   Steuerungen    über Relais vorzunehmen. 

  Besitzt die Impulsabgabespule 2 einen hohen Selbstinduktionswert, so ist es zweckmässig, einen Kondensator über diese Spule zu schalten, um Eigenschwingungen, die durch Rückkopplungen aus dem gesamten Werk entstehen können, zu vermeiden. Will man gleichzeitig auch das Tastverhältnis zwischen Einschaltdauer und Pausendauer verändern, so ist es bei Wechselspannung möglich, den Widerstand 9 durch einen entsprechenden 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 selbsttätig Schaltimpulse bildet und diese an einen Schalttransistor 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 niederfrequenten Impulsfolgen gebildet werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Impulsgeberschaltung mit zwei komplementären Transistoren, zwischen denen eine RC-Serienschaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie für Zeitgeberzwecke als Sperrschwingerschaltung ausgebildet ist, deren erster, mit seiner Basis an die RC-Serienschaltung (7, 6) angeschlossener Transistor (5) ein npn-Transistor mit ausgeprägter Schwellenspannung ist, und dass der Kondensator (6) der RC-Serienschaltung (7, 6) ein Ladekondensator ist, dessen mit der Basis des ersten Transistors (5) verbundener Belag mit einer stabilisierten positiven Spannung über einen Regelwider- stand (8) entsprechend der Zeitkonstante so aufladbar ist,

   dass beim Erreichen der Schwellenspannung der erste Transistor (5) und damit gleichzeitig der zweite Transistor (1) öffnet und der mit einer spannungstabilisierten Impulsabgabespule (2) und dem anderen Belag des Ladekondensators (6) verbundene Kollektor des zweiten Transistors (1) durch die an ihm auftretende positive Spannung den Ladekondensator (6) entlädt und dadurch gleichzeitig beide Transistoren (5, 1) sperrt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Impulsgeiberschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Bildung von nie derfrequenten Impulsen bei Speisung durch Wechselspannung beliebiger Frequenz ausgelegt ist, wobei der Ladekondensator (6) durch die Wechselspannung nach Gleichrichtung derselben stufenweise bis zur Schwellenspannung des ersten Transistors (5) aufladbar ist.

   2. Impulsgeberschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor (1) als Siliziumtransistor ausgebildet ist.

   3. Impulsgeberschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung langer Zeitfolgen, also niedriger Frequenzen, aus sehr hohen Wechselspannungen zur Kopplung der beiden Transistoren (5, 1) statt eines Widerstandes (9) ein Kondensator entsprechender Grösse eingeschaltet ist.

   4. Impulsgeberschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Spannung für die Ladung des Ladekondensators (6) eine Zenerdiode (12) vorgesehen ist.

   5. Impulsgeberschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Spannung an der Impulsgeberspule (2) eine Zenerdiode (11) vorgesehen ist.