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Transistor-Schaltverstärker, insbesondere für sich selbst steuernde Uhrenantriebe Es sind Transistor-Schaltverstärker bekannt, bei denen zwischen der Basis und Odem Emitter des Transistors eine Steuerwicklung, zwischen ldem Kollektor und dem Emitter eine Arbeitswicklung ,und in Serie zu der Arbeitswicklung eine vorzugsweise aus einer Monozelle bestehende Spannungsquelle vorgesehen sind.
In der Steuerwicklung erzeugte Spannungsimpulse rufen hierbei in der Arbeitswicklung verstärkte Impulse hervor, die zur Aufrechterhaltung einer mechanischen Schwing- oder .Drehbewegung ,benutzt werden. Bei zeithaltenden Anlagen kann ein derartiger Schaltverstärker entweder .direkt auf das zeithaltende Glied, z.
B. ein Pendel oder ,eine Unruh, einwirken, er kann aber auch Idas Antriebssystem eines periodisch oder idauernd lumlaufend@en Motors bilden, der zum .Antrieb einer Uhr lbenutzt wird.
Bei Verwendung einer solchen Transi'stor-Schaltan- ord:nung zum Antrieb von zeithaltenden Anlagen muss der Strom in der Arbeitswicklung und damit die Antriebsleistung des Systems möglichst konstant gehalten wenden.
Mit Aden heute .bekannten Schaltungen ist dies praktisch nicht möglich, da die Spannung der verwendeten Trockenbatterien während !des Betriebes der Uhr im Laufe der Zeit von 1,7 auf etwa 0,8 Volt tabsinkt. Mit tabnehmender Biatteriespannung sinkt aber auch die Stromstärke und damit die vom Schaltverstärker abgegebene Arbeitsleistung. Es sind Schaltungs,-an- ordnungein :
bekanntgeworden, bei denen der Einfluss der .absinkenden Batteriespannung :auf ,das mechanische System in :gewissen Grenzen kompensiert wird. ,Diese An- ordnungen verschlechtern jedoch den Wirkungsgrad des Schaltverstärkers, oder sie sind kompliziert und aufwendig -aufgebaut.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Schaltverstärker der oberbeschriebenen Art, bei dem durch verhältnismässig einfache Mittel der Einfluss der Batteriespannung in einem verhältnismässig weiten Bereich nahezu vollständig kompensiert wird.
Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einem Transistor- Schaltverstärker, insbesondere für sich selbst steuernde Uhrenantriebe, bei dem im Arbeitskreis eine nichtkonstante Gleichspannungsquelle, insbesondere eine Trok- kenbatterie, als Energiequelle und zwischen Basis und Emitter eine Steuerwicklung .angeordnet ist und die im Arbeitsstromkreis erzeugten Schaltimpulse zum Antrieb eines mechanisch schwingenden oder rotfierenden Systems !dienen,
durch dessen Bewegung -dem Transistor periodisch Steuerimpulse zugeführt werden und bei dem Mittel zur Konstanth.altun:g des Arbeitsstromes vorgesehen sind, mit der Basis !des Transistors den einen Belag eines Kondensators zu verbinden und den anderen Belag des Kondensators an einen vorzugsweise als Transistor @ausgebildeten elektronischen :Schalter zu regen, welcher von der Arbeitswicklung des Transistors gesteuert wird und ein periodisches Entladen des Konden- sators :
bewirkt, wodurch .an die Basis des Transistors ein von der Höhe der Gleichspannung abhängiger Regelimpulsgelangt, welcher dem Steuerimpuls .an der Basis des Transistors entgegenwirkt, so dass die wirksame Steuerspannung @an der Basis des Transistors bei grö- sseren Werten der Gleichspannung kleiner ist als bei niedrigen.
Eine besonders hohe Aufladung idieses Kondensators wird dann erzielt, wenn die .Steuerwicklung eine möglichst hohe Induktivität aufweist. Dies ist besonders in der Kollektorschaltung des Arbeitstransistors der Fall.
Zur Erzielung einer hohen Aufladung des Regelkon- dansrators kann rdie Induktivität der Steuerspule des Arbeitstransistors !auch grösser ,als erforderlich gewählt werden, wobei Idas eine Ende dieser Steuerspule mit dem einen Belag des Regelkondensators verbunden und die Basis des Arbeitstransistors an .eine Anzapfung der Steuerspule @gelcgt wird.
Nach einem Ausführungsbeispiel können in die Kollektor- rund in. die Bias-iszulcitung nies .Schalttransistors Induktivitäten gelegt werden, die in Rückkopplungsschaltung mit dem Schalttransistor eine Sperrschwingung erzeugen. Zweckmässig wird der Kopplungsgrad dieser ,beiden Spulen nur ,so gross lgewählt, dass erst beim über-
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schreiten einer bestimmten Grösse der von der Arbeitsspule des Arbeitstransistors herrührenden Steuerimpulse die Sperrschwingung einsetzt.
Eine besonders vorteilhafte Einrichtung ;ergibt sich, wenn die in der Sperrschwingeranordnung vorgesehenen Spulen von einer mit ;dem Gangordner verbundenen Blende getrennt werden, wobei diese Blende mit einem Ausschnitt versehen wird, der beim überschreiten einer bestimmten Amplitude des Gangordners Idas Einsetzen der Sperrschwingung bewirkt.
Weiterer Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Im einzelnen stellen,dar: Fi.g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung vorgeschlagenen Transistorschaltung, Fig. 2 eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Schaltung als Speicherschaltung, Fig. 3 eine Variante der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, bei der -der Regeltransistor als Sperrschwin- g r arbeitet, Fig. 4 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Schaltanordinung in Verbindung .mit einer durch einen Elektromotor angetriebenen Uhr, Fig. 6 die in .Fig. 5 dargestellte, mit ;dem Gangordner verbundene Vorrichtung meiner senkrechten Ansicht und Fig. 7 den in Fiig. 5 dargestellten Antriebsmotor ebenfalls in einer senkrechten Ansicht.
In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung soll T1 beispielsweise einen p-n-p-Germanium"Transistor (darstellen, in dessen Arbeitskreis zwischen Kollektor und Emitter eine Trockenbatterie B und eine Arbeitsspule L1 in Reihe geschaltet sind.
In dem Steuerkreis zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T1 liegt eine Steuerspule L2. Mit der Basis des Transistors T1 ist ferner der eine Belag eines Kondensators Cl verbunden, dessen anderer .Belag zudem ,Kollektor eines Transistors T2 führt. Der Kollektor ;des Regeltransistors T2 ist über einen geeignet bemessenen Widerstand R1 an die Spannung (der Trockenbatterie B gelegt.
Die Basis des Transistors T2 ist mit der gemeinsamen Null-Leitung N verbunden, und der Emitter dies Transistors T2 ist an dies eine Ende einer Koppelspule L:; angeschlossen, :die mit ihrem anderen Endre ebenfalls an der Null-Leitung N liegt. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T2 kann ferner noch ein Regelpotentiometer P vorgesehen sein. Die Spule L; ist induktiv mit der Arbeitsspule L1 des Transistors T1 gekoppelt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist nun die folgende: Erhält .die Steuerspule L2 durch einen -an ihr vorbeilaufenden Permanentmagneten einen Impuls, bei dem ;die Basis, ;des Transistors T1 negativ wird, so wird der Transistor T1 leitend;
, so dass durch die Arbeitsspule L1 ein Strom fliesst, dessen Feld auf einen zweiten Permanentmagneten einen Antriebsimpuls lausüben kann. Gleichzeitig wird über die Kopplung zwischen L1 und L3 in L3 eine Spannung induziert, die an dem Emitter des Transistors T2 eine in bezug auf die Basis positive Spannurig erzeugt,
durch die der Transistor T2 ebenfalls leitend wird. Die in dem Kondensator Cl über den hochohmiigen Widerstand R1 gespeicherte Ladung kann daher über den Transistor T2 abfliessen, so @dass ,an dem rechten Belag des Kondensators Cl eine positive Ladung zur Wirkung kommt, !die der in der Steuerspule L2 induzierten Steuerspannung entgegenwirkt. Bei geeigneter Bemessung der ,Anordnung,
insbesondere der Grösse ödes Kopp- lungs:graides ;der Spule L3, kann daher der Transistor T2 so ausgesteuert werden, idass bei einer hohen Spannung,der Trockenbatterie .B ein grosser Regelimpuls an ,die Basis des Transistors T1 gelangt, der mit abnehmender Butteriespannunig kleiner wird. Auf diese Weise ist es :somit möglich, in einem weiten Bereich der Batteriespannung, etwa zwischen 1,7 bis 1 Volt, in der Arbeitsspule L, Impulse von angenähert konstanter Stromstärke zu erzielen.
Das bei dem Beispiel in Fig. 1 zwischen ;der Basis und ;dem Emitter des Transistors T2 vorgesehene Potentiometer kann bei geeigneter Bemes- sung,der übrigen Bestandteile der Schaltung auch fortgeliassenwerden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung liegt die Arbeitsspule L1 unmittelbar in der Emiitter- zuleitung ;des Transistors Ti, so dass hier eine soge= nannte Kollektorschaltung vorliegt. Bei ,dieser Schaltung ist es notwendig, :der Steuerspule L2 eine höhere Induk- tivität !als (der Arbeitsspule L1 zu ,geben.
Da ferner in der Steuerspule L2 durch den Permanentmagneten in der Sperrphase eine .Spannung induziert wird, die an ,der Basis :des Transistors T1 eine Plus-Spannung erzeugt, kann die Speisezuleitung zu dem Regeltransistor T2 auch fortgelassen werden, wobei ;die Aufladung des Regelkondensators Cl durch diesen in der Steurspule L2 erzeugten Impuls über die Basis-Kollektor-Strecke des Regeltransistors T2 erfolgt.
Eine weitere Vereinfachung ist (dadurch vorgenommen worden, dass der Emitter des Transistors T1 mit dem gemeinsamen Null,Lei@ter verbunden ist und die Basivs des Transistors T2 !an einer Anzapfung ;der Arbeitsspule L1 legt.
Während der Sperrphase ide,r Anordnung liegt somit an dem rechten Belag des Kondensators. Cl eine relativ hohe positive Spannung und an ;dem anderen Ende der Steuerspule L 2 eine entsprechende negative Spannung, die über Iden Teil L1 der Arbeitsspule der Basis des Transistors T2 zugeführt wird.
Infolgedessen lädt sich über die in dieser Richtung leitende Basis-Kollektor- Strecke des Transistors T2 der linke Belag ödes Kondensators Cl ,negativ :aiuf. In der -nachfolgenden Arbeitsphase erhält die Basis des Transistors T1 ein negatives Potential in bezug auf den Emitter, so dass ;der Transistor T1 leitend wird.
An dem oberen, mit dem Emitter verbundenen Ende (der Arbeitsspule L1' liegt dann eine negative Spannung, Ein Teil dieser negativen Spannjung L1' wird der Basis des Transistors T2 zugeführt, so dass :dieser mehr oder weniger leitend wird und die negative Ladung von ;dem linken Belag des Kondensators C, abfliessen kann. Infolgedessen entsteht auch hier, ebenso wie bei dem in Fig. 1 :dargestellten Ausführungsbeispiel, ein ;
die Steuerspannung von L2 herabsetzender positiver Regelimpuls ,an ;der Basis von TI, dessen Grösse mit der Batteriespannung anwächst.
Da während ;der Ladeperiode ödes Kondensators Cl .an dem Kollektor (des Transistors T2 eine verhältnismässig hohe positive Spannung und an dem Em'itter eine negative Spannung liegt, arbeitet der Transistor T2 auch im Inversbetrieb. Zur Vermeidung @dieses Effektes verwendet man zweckmässig Transistoren, bei denen die Inversiverstärkung gering ;ist, was insbesondere dadurch erzielt werden kann, idass -die Vorwärtsverstärkung nicht unnötig ;
gross gewählt und die zwischen Kollektor und
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Basis vorgesehene Sperrschichtfläche wesentlich grösser als die zwischen Basis und Emitter .ausgeführt wird.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist die Induktivität der Steuerspule L2 besünders gross gewählt, wobei die Basis des Transistors T1 an eine Anzapfung dieser Steuerspule L2 .gelegt ist. Weiterhin befinden sich in dLr Basüszuleitun@g und in der Kollektor- zuleitungdes Transistors T2 je eine Induktivität L4 und L5, die in geeigneter Weise miteinander :gekoppelt oder koppelbar sind.
Zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen sind die Enden der Steuerspule L2, L2 durch einen Kondensator C2 und die Zuleitungen zu Emitter und Basis des Transistors T2 durch einen weiteren Kondensator C3 miteinander verbunden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel soll die Induktivität L2 in oder Sperrphasie .den Kondensator Cl aufladen. Die resultierende Spannung während des Regelvorganges an ,
der Basis des Transistors T1 ergibt sich -aus F.ig. 4. Mit UL2 ist :die :gesamte in oder Spule L2 induzierte negative Steuerspannung bezeichnet.
Demgegenüber steht in der Arbeltsphase an der Basis des Transistors T1 nur eines wirksame Spannung von UBTl zur Verfügung. Die .in dem Teil L2 erzeugte Spannung ist als positiver Teil von adergesamten in L2 induzierten Spannung abzuziehen. Hinzu kommt noch @die von dem Kondensator Cl herrührende Regelspannung UCl, die ebenfalls die negative Steuerspannung an oder @Basis des Transistors T1 verringert.
Wie bereits .ausgeführt, sollen die beiden Spulen L4 -und L5 so miteinander 'in Rückkopplungsschaltung liegen, idass erst durch den auf die Basis des Transistors T2 übertragenen Auslöseimpuls oder Transistor T2 eine Sperrschwingung ausführt. Diese Sperrschwingung wird um so lebhafter tangefaoht, je höher die .Batteriiaspannung ist und soll beim Absinkender Batteriespannung unterhalb seines bestimmten Wertes,
.beispielsweise von 1,0 Volt, nicht mehr auftreten.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung erweist sich dann -als .besonders vorteilhaft, wenn die beiden Indukti- vitäten L4 und L5 ,durch. eine mit dem Gangordner verbundene Blende getrennt werden, die die Sperrschwin- gung @normalerweise unterdrückt, wobei diese Blende einen Ausschnitt iaufweis.t, ider .beim Überschreiten einer bestimmten Amplitude des Gangordners das Einsetzen der Sperrschwingung bewirkt.
Eine solche Anordnung ist schematisch ihn den .Fig. 5 und 6 dargestellt. Mit 1 ist :der Rotor eines Transistormotors bezeichnet, der über :die .Schnecke 2 zum Aufziehen einer nichtdargestellten Pufferfeder und zum Antrieb eines Zeigerwerkes dient. Der Rotor 1 weist mm Abstand voneinander zwei Arme 3 und 4 iauf, die an ihrem Ende :gegenüberliegend mit Permanentmagneten 5 bzw. 6 versehen sind.
Zwischen ,den Magneten 5 eist die Steuerspule L2 und zwischen den Magneten @6 ist die Arbeitsspule L1 dargestellt. Die Zuleitungen dieser Spulen führen zu !der Verstärkerlanordnung 7. Mit der Verstärkeranordnung 7 sind auch die Spulen L4 und L5 verbunden, die .hier mit einem ferromiagnetischen Joch 8 versehen sind. In dem Luftspalt des Jocheis 8 ist eine Scheibe 9 drehbar vorgesehen. Die Scheibe 9 befindet sich ,auf der Welle 10 eines mit einer Spiralfeder 1 1 versehenen Gangordners. Die Scheibe 9 weit ferner einen Ausschnitt 12 auf.
Wird beispielsweise der Rotor 1 ides Elektromotors in Pfeilrichtung in Fig. 7 angestossen, so überstreichen die Magnete 5 die Steuerspule L2, während die Magnete 6 sich über @die Arbeitsspule L1 hinweigbewegen. In der Sperrphase wird dann der Kondensator Cl auf- geladen.
In ider Öffnungsphase des Transistors T1 wird zwar von Cl ein Regelimpuls auf die Basis des Transistors T1 iausgeübt, .die Sperrschwingung setzt jedoch noch nicht ein.
Die vom Rotor 1 gespannte Pufferfeder setzt nun :den Gangregler in Bewegung. Wird eine Amplitude von etwa 180 Grad am Gangregler erhalten, iso .gelangt der Ausschnitt 12 in der Scheibe 9 in den Spalt des ferromagnedschien Joches 8, wodurch die Sperrschwingung ides Transistors T2 einsetzt, so @dass jetzt sehr kräftige .Regelimpulse ,an die Basis des Transistors T1 ;
abgegeben werdbn. Hierdurch kann die Antriebsleistung dies Motors so weit reduziert werden, dass die Uhr bei einer praktisch konstanten .Spannung der Pufferfeder und mit einer konstanten Amplitude ödes Gan- reglers :auch :bei verschiedener Bütteriespannung arbeitet. Durch Idas periodische Wiederaufladen des Kondensators Cl wird eine ,zusätzliche Bremsung auf den Motorausgeübt. Mit Odem Einsetzen der Sperrschwingung wird die Stromaufnahme der Anordnung verringert.
Die Sperrschwingeranordnungarbeitet auch bei tiefen Temperaturen einwandfrei, da diese Schwingung durch @die von der Arbeitsspule dies Transistors T1 herrührenden Initialimpulse angestossen wird.