DE1172305B

DE1172305B - Electronic switch

Info

Publication number: DE1172305B
Application number: DEP30115A
Authority: DE
Inventors: Eugen Hoch
Original assignee: WASSERMESSER U ARMATURENFABRIK; Pollux GmbH
Current assignee: WASSERMESSER U ARMATURENFABRIK; Pollux GmbH
Priority date: 1962-09-01
Filing date: 1962-09-01
Publication date: 1964-06-18

Description

Elektronischer Schalter In der Steuerungs- und Regelungstechnik nimmt das Gebiet der Erzeugung von Schaltsignalen aus einer elektrischen Spannung oder einem elektrischen Strom oder aus einer in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umgeformten physikalischen Größe einen breiten Raum ein.Electronic switch In control and regulation technology the field of generating switching signals from an electrical voltage or an electric current or from an to an electric voltage or a electrical current transformed physical quantities take up a large space.

Diese Geräte stehen nur in bestimmten Ausführungsformen bzw. in Verbindung mit bestimmten Meßwerken zur Verfügung, so daß sich in vielen Anwendungsfällen eine Anlage beträchtlich verteuert, weil ein Gerät mit Zeigerabtastung nicht mit den verlangten äußeren Abmessungen oder nicht mit der erforderlichen Kontaktbestückung zur Verfügung steht. Man hilft sich z. B. dadurch, daß man ein Gerät mit den verlangten Abmessungen als Anzeiger oder Schreiber einsetzt, mit dem man das oder die Meßgeräte, die man mit einer bestimmten Kontaktbestükkung zu Steueraufgaben benötigt, in Reihe schaltet. Derartige Maßnahmen verteuern die Schaltanlagen beträchtlich.These devices are only in certain embodiments or in connection with certain measuring mechanisms available, so that in many applications a Plant considerably more expensive because a device with pointer scanning does not work with the Required external dimensions or not with the required number of contacts is available. One helps z. B. by having a device with the requested Use dimensions as an indicator or recorder, with which one or more measuring devices, that you need with a certain number of contacts for control tasks, in series switches. Such measures make the switchgear considerably more expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Gewinnung von Signalen aus einer elektrischen Meßspannung einen rein elektronischen Schalter zu verwenden, der es erlaubt, mit beliebigen elektrischen Meßinstrumenten zusammen elektrische Meß- und Schaltaufgaben zu lösen, und der folgende Bedingungen erfüllt: 1. Der Meßwert darf durch den oder die angeschlossenen Schalter nicht verfälscht werden.The invention is based on the object of using a purely electronic switch to obtain signals from an electrical measurement voltage, which switch allows electrical measurement and switching tasks to be performed with any electrical measurement instrument, and which fulfills the following conditions: 1. The measured value is allowed are not falsified by the connected switch or switches.

2. Der Einschaltpunkt muß zwischen 0 und 100% vom Meßwert eingestellt werden können.2. The switch-on point must be adjustable between 0 and 100% of the measured value.

3. Der Ausschaltpunkt muß ebenfalls zwischen 0 und 100% vom Meßwert eingestellt werden können. 3. It must also be possible to set the switch-off point between 0 and 100% of the measured value.

4. Einschalt- und Ausschaltpunkt sollen leicht verändert werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter Verstärker oder Kippverstärker an den Kollektor eines Vorverstärkertransistors angeschlossen ist, dessen - durch eine Vorspannung bis zum Schwellwert des Verstärkers oder Kippverstärkers erregter - Basis die zu messende Spannung zugeführt wird und an dessen Emitter eine an einem ohmschen Spannungsteiler gewonnene Spannung gelegt wird, die von gleicher Größe ist wie die beim gewünschten Schaltpunkt herrschende Meßspannung.4. It should be possible to change the switch-on and switch-off point easily without influencing each other. According to the invention, the object is achieved in that a known amplifier or trigger amplifier is connected to the collector of a preamplifier transistor, whose - excited by a bias voltage up to the threshold of the amplifier or trigger amplifier - the voltage to be measured is supplied and at its emitter a an ohmic voltage divider is applied, which is of the same size as the measuring voltage prevailing at the desired switching point.

Ein bekannter elektronischer Schalter, der bei einem bestimmten Spannungswert anspricht, ist z. B. der Schmitt-Trigger. Dieser hat aber den Nachteil, daß man die Schaltpunkte nicht beliebig einstellen kann. Ferner findet - insbesondere bei Sättigung der Basis des Eingangstransistors, die dann stattfindet, wenn die Eingangsspannung weit über die eingestellte Schwellspannung hinaus ansteigt - eine unzulässig hohe Belastung der Meßspannungsquelle statt, die zur Verfälschung des Meßwertes führt.A known electronic switch that responds at a certain voltage value is, for. B. the Schmitt trigger. However, this has the disadvantage that the switching points cannot be set arbitrarily. Furthermore - especially when the base of the input transistor saturates, which occurs when the input voltage rises far above the set threshold voltage - an impermissibly high load on the measuring voltage source takes place, which leads to the falsification of the measured value.

Weiter sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen Schmitt-Trigger oder auch einfach Transistoren mit ihrer Basis an die Schleifer von Spannungsteilern gelegt werden, die ihrerseits an der Spannung liegen, aus der das Schaltsignal gewonnen werden soll. Wegen des großen Querstroms der Spannungsteiler eignen sich solche Anordnungen nur zur überwachung bzw. Signalgabe von leistungsstarken Strom- oder Spannungsquellen.Arrangements have also become known in which Schmitt triggers or simply transistors are placed with their bases on the wipers of voltage dividers, which in turn are connected to the voltage from which the switching signal is to be obtained. Because of the large cross current of the voltage dividers, such arrangements are only suitable for monitoring or signaling powerful current or voltage sources.

Bekannt ist auch eine Anordnung, die vorsieht, einen bekannten Trigger mit einem bekannten Kornpensationsverstärker zu kombinieren derart, daß eine Ausgangsklemme des Kompensationsverstärkers an die Basis des Eingangstransistors gelegt wird und die andere an einen Spannungsteiler, der so eingestellt ist, daß beim Kompensationsstroin Null der Trigger gerade kippt. Bei dieser Anordnung ist die Variation des Schaltpunktes bzw. die Variation getrennter Einschalt- und Ausschaltpunkte nicht möglich. Darüber hinaus ist eine solche Anordnung sehr aufwendig und teuer.Also known is an arrangement which provides a known trigger to combine with a known compensation amplifier in such a way that an output terminal of the compensation amplifier is applied to the base of the input transistor and the other to a voltage divider which is set so that the compensation current Zero the trigger is about to flip. With this arrangement, the variation of the switching point is or the variation of separate switch-on and switch-off points is not possible. About that In addition, such an arrangement is very complex and expensive.

In der Figur ist eine Schaltung der Anordnung gemäß der Erfindung gezeigt. An die Klemmen a und b wird die Meßspannung angeschlossen. Dies kann z. B. der Nullpunkt und der Schleifer eines Widerstandsferngebers sein; in Schaltungen mit eingeprägtem Strom sind es die zwei Enden eines von diesem durchgeflossenen Shuntwiderstandes; bei Wechselstrom- oder Wechselspannungsmessungen werden beispielsweise die Gleichstromanschlüsse des Meßgleichrichters an dieser Stelle angeschlossen und die in eine geeignete Größe transformierte Wechselspannung oder die an einem Shunt abfallende Spannung an die Wechselstromanschlüsse des Meßgleichrichters.In the figure, a circuit of the arrangement according to the invention is shown. The measuring voltage is connected to terminals a and b. This can e.g. B. be the zero point and the wiper of a resistance transmitter; in circuits with impressed current, these are the two ends of a shunt resistor through which the current flows; For AC or AC voltage measurements, for example, the DC connections of the measuring rectifier are connected at this point and the AC voltage transformed into a suitable size or the voltage drop across a shunt to the AC connections of the measuring rectifier.

Die Meßspannung gelangt über den hochohmigen (-lO5Ohm) Widerstandlr an die Basis des in Emitterschaltung betriebenen pnp-Transistors lp. Der Emitter des Transistorslp ist über den Ruhekontakt des Wechselschaltersld" des Relaisld an das Einstellpotentiometer 6r angeschlossen. über die Widerstände4r, 2r, 5r und den Kompensations-Heißleiter3r wird eine negative Spannung in den Eingangskreis des Schalters gebracht, die so groß ist, daß bei Stellung 0 des Einstellpotentiometers 6 r und Meßspannung 0 der Transistor 1 p im Kollektorkreis gerade so viel Strom führt, daß durch den Spannungsabfall über 9r über die (Kopplungs-) Zenerdiodeln der Transistor 2p des Triggers2p ... 3p nicht mehr angesteuert wird und dadurch das im Kollektorkreis des Leistungstransistors 4p liegende Relais 1 d anzieht. Bestimmt man das Teilerverhältnis zwischen 8r und 6r/7r so, daß über 6r bzw. 7r ebensoviel Spannung abfällt, wie die maximale Meßspannung beträgt, so kann man durch Verstellen der Abgriffe an den Potentiometern 6r bzw. 7r jeden beliebigen Punkt für Anzug und Abfall des Relais 1 d zwischen Null und dem maximalen Meßwert einstellen. Der Maximalwert der Meßspannung mag etwa 2 V bis 12 V betragen.The measuring voltage reaches the base of the emitter-operated pnp transistor lp via the high-resistance (-105 ohm) resistor. The emitter of the transistor lp is connected to the setting potentiometer 6r via the break contact of the changeover switch ld "of the relay ld. Via the resistors 4r, 2r, 5r and the compensation thermistor 3r, a negative voltage is brought into the input circuit of the switch, which is so high that at position 0 of the setting potentiometer 6 r and measuring voltage 0 the transistor 1 p in the collector circuit just as much current leads that of the Triggers2p ... 3p is no longer driven by the voltage drop across 9r about the (coupling) Zenerdiodeln transistor 2p and thereby in The collector circuit of the power transistor 4p picks up relay 1 d . If the divider ratio between 8r and 6r / 7r is determined in such a way that the same voltage drops across 6r or 7r as the maximum measuring voltage, you can adjust the taps on the potentiometers 6r or 7r set any point for pick-up and drop-out of relay 1 d between zero and the maximum measured value The total value of the measuring voltage may be around 2 V to 12 V.

An Hand der Figur soll jetzt noch ein Beispiel eines Schaltspieles erläutert werden: Angenommen, 6r sei in Mittelstellung, 7r in Stellung 25% (bezogen auf den plusseitigen Anschluß) eingestellt.An example of a switching cycle should now be given with the aid of the figure be explained: Assume that 6r is in the middle position, 7r in position 25% (related set to the positive-side connection).

Die maximale Meßspannung möge 6 V betragen, so daß - nach dem oben Gesagten - auch die Spannung über 6 r bzw. 7 r 6 V beträgt. Gegenüber dem plusseitigen Anschluß liegt also am Schleifer von 6r eine Spannung von -3 V, von 7r eine Spannung von - 1,5 V.The maximum measuring voltage may be 6 V, so that - according to what has been said above - the voltage above 6 r or 7 r is also 6 V. Compared to the positive-side connection, there is a voltage of -3 V on the wiper of 6r, and a voltage of - 1.5 V on 7r.

Steigt die Meßspannung von Null aus langsam an, so ist die Spannung an der Basis von lp zunächst noch positiv gegen den Emitter. lp ist völlig gesperrt. Im Widerstand 9 r fließt nur der Basisstrom für den Transistor 2p, der jetzt leitend ist. Die am kollektorseitigen Ende von 12r liegende Spannung ist jetzt so klein, daß der Transistor 4p, der über die Diode 2 n an den Kollektor von 2 p angeschlossen ist, gesperrt bleibt. Relais 1 d ist dann abgefallen, und der Emitter von lp liegt am Schleifer von 6r.If the measuring voltage increases slowly from zero, the voltage at the base of lp is initially still positive towards the emitter. lp is completely blocked. Only the base current for transistor 2p, which is now conductive, flows in resistor 9 r. The voltage present at the collector of 12r end is now so small that the transistor 4p, n via the diode 2 is connected to the collector of p 2 remains locked. Relay 1 d has then dropped out, and the emitter of lp is on the wiper of 6r.

Steigt nun die Meßspannung weiter an und erreicht eine Größe von 3 V, so wird in Verbindung mit der über 2r14r13r abfallenden negativen Zusatzspannung der Punkt a gegenüber dem auf -- 3 V liegenden Emitter so groß, daß über lr ein Basisstrom nach lp fließt, der einen Kollektorstrom und damit einen Spannungsabfall über 9r zur Folge hat, der von solcher Größe ist, daß die Durchbruchspannung von ln unterschritten wird. Der bisher leitende Transistor 2p in der Triggerschaltung wird jetzt nichtleitend und der bisher nichtleitende Transistor 3p leitend. Die Spannung am Kollektor von 2p bzw. an der Diode 2n wird jetzt größer als die Durchbruchspannung von 2n. Der Transistor 4p wird geöffnet und Relais 1 d zieht. Über den Kontakt 1 di erfolgt der gewünschte Schalt- oder Steuerbefehl. Der Wechselkontakt 1 d., von 1 d schlägt um, und der Emitter von lp ist jetzt mit dem Schleifer von 7r verbunden. Da dort nur eine Spannung von - 1,5 V herrscht, ist der Punkt a nunmehr um 1,5 V, zuzüglich dem Spannungsabfall von 2r13r14r, negativer als der Emitter von lp und dieser entsprechend weit ausgesteuert. Transistor 2p kann erst wieder Strom führen, nachdem die Meßspannung unter 1,5 V absinkt. Die Vorgänge verlaufen dann in umgekehrter Reihenfolge, wie oben beschrieben. Bei Weglassung des Kontaktes 1 d. und des Widerstandes 7r und fester Verbindung zwischen Emitter von lp und Schleifer von 6r erhält man einen einseitigen Grenzkontakt.If the measuring voltage rises further and reaches a level of 3 V, then, in connection with the negative additional voltage falling via 2r14r13r, point a becomes so large compared to the emitter at -3 V that a base current flows to lp via Ir, which a collector current and thus a voltage drop over 9r, which is of such a size that the breakdown voltage of In is undershot. The previously conductive transistor 2p in the trigger circuit now becomes non-conductive and the previously non-conductive transistor 3p becomes conductive. The voltage at the collector of 2p or at the diode 2n is now greater than the breakdown voltage of 2n. The transistor 4p is opened and relay 1 d pulls. The desired switching or control command is given via contact 1 di. The changeover contact 1 d., Of 1 d flips over, and the emitter of lp is now connected to the wiper of 7r. Since there is only a voltage of - 1.5 V there, point a is now 1.5 V, plus the voltage drop of 2r13r14r, more negative than the emitter of lp and this is driven accordingly far. Transistor 2p can only carry current again after the measuring voltage has dropped below 1.5 V. The processes then proceed in reverse order as described above. If the contact is omitted 1 d. and the resistor 7r and the fixed connection between the emitter of lp and the wiper of 6r, you get a one-sided limit contact.

Die Schaltung nach der Figur hat den Vorzug, daß beim Anschluß mehrerer Schalter an einen Meßkreis die Widerstandskette 2 r13 r14 r15 r, die der Kompensation des Temperaturganges der Eingangstransistoren lp dient, nur einmal vorhanden zu sein braucht. Alle Widerstände 1 r liegen dann am Punkt a, die Spannung U2 ist den Schaltern gemeinsam. Natürlich nimmt man als Eingangstransistoren lp solche gleichen Typs, unter Umständen sucht man Exemplare mit besonders wenig voneinander abweichenden Kennlinien aus einer größeren Anzahl heraus.The circuit according to the figure has the advantage that when several switches are connected to a measuring circuit, the resistor chain 2 r13 r14 r15 r, which is used to compensate for the temperature response of the input transistors lp, only needs to be present once. All resistors 1 r are then at point a, the voltage U2 is common to the switches. Of course, input transistors 1p are used of the same type; under certain circumstances, one looks for specimens with characteristic curves that differ particularly little from one another from a larger number.

Ferner ist eine Temperaturkompensation verschiedener Meßkreise mit beliebig vielen Schaltern über eine gemeinsame Widerstandskette 2r13r14r15r möglich, wenn die Meßspannungen plusseitig gemeinsam an Punkt b gelegt werden.Furthermore, a temperature compensation of different measuring circuits with any number of switches via a common chain of resistors 2r13r14r15r is possible if the measuring voltages are applied together on the plus side at point b .

Es ist selbstverständlich, daß bei einer solchen gemeinsamen Kompensation des Temperaturganges der Transistoren die Schalter und die Widerstandskette 2r13r14r15r räumlich eng benachbart sitzen müssen, damit die Temperatur an allen beteiligten Bauteilen annähernd gleich ist.It goes without saying that with such a common compensation of the temperature response of the transistors, the switches and the resistor chain 2r13r14r15r Have to sit in close proximity so that the temperature is affected by all Components is approximately the same.

Claims

Claims: 1. Electronic switch controlled by an electrical voltage to be measured, characterized in that an amplifier or trigger amplifier known per se is connected to the collector of a preamplifier transistor (1p) whose - excited by a bias voltage up to the threshold value of the amplifier or trigger amplifier - The voltage to be measured is supplied to the basis of the voltage to be measured and a voltage obtained at an ohmic voltage divider (6r) is applied to its emitter, which voltage is of the same magnitude as the measuring voltage prevailing at the desired switching point.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the emitter of the preamplifier transistor (1p) is connected to the wiper of a divider resistor which allows any switching point between 0 and 10011 / o of the voltage to be measured to be set. 3. Switch according to claim 1 and 2, characterized in that there is a voltage of the size of the maximum value of the voltage to be measured across the divider resistor. 4. Switch according to claim 1 and 2, characterized in that the divider resistor is given a scale which is divided into percentages of the voltage to be measured or in measured value units of the physical variable converted into the voltage to be measured. 5. Switch according to claim 1 to 4, characterized in that the output relay of the switch controlled via the further amplifier stages known per se has a changeover contact which switches the emitter of the preamplifier transistor (1p) to the tap of a second divider resistor (7r), which also switches can be set to any switching point within the range of the voltage to be measured, in such a way that a second switching point is created when the voltage to be measured falls below the voltage prevailing at the second divider resistor (7r). Publications considered: German Auslegeschriften No. 1081 048, 1 124 089, 11.29 535.