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Schaltungsanordnung zur Erzielung einer Schaltverzögerung Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzielung einer Schaltverzögerung unter Verwendung
eines RC-Gliedes, welches mit einer Diode sowie Transistoren zusammengeschaltet
ist.
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Derartige Schaltungsanordnungen werden für die verschiedensten Anwendungszwecke
gebraucht, z. B. dort, wo zwei getrennte Schaltvorgänge gemeinsam ausgelöst werden,
jedoch der zweite Schaltvorgang erst nach einer bestimmten Zeit nach dem ersten
zur Wirkung kommen soll. Es sind zur Lösung dieses Problems bereits verschiedene
Schaltungsanordnungen bekanntgeworden. So ist es bekannt, daß ein elektromagnetisches
Relais durch eine Kurzschlußwicklung eine Anzugs- und Abfallverzögerung erhalten
kann. Die damit erhaltenen Verzögerungszeiten können zwar durch regelbare Serienwiderstände
variiert werden, haben aber den Nachteil, daß die Verzögerungszeiten relativ kurz
sind.
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Größere Anzugs- bzw. Abfallverzögerungen werden in der Relaistechnik
unter anderem auch durch RC-Glieder erzeugt, besonders dann, wenn eine höhere Versorgungsspannung
verfügbar ist. Die mit derartigen Schaltanordnungen erzeugten Einschalt-bzw. Ausschaltverzögerungen
können bis zu einigen Sekunden betragen, wobei die Zeit durch einen RegeIwiderstand
kontinuierlich eingestellt werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß die verwendeten
Kapazitäten sehr groß sein müssen, besonders dann, wenn mit niedrigen Versorgungsspannungen
(z. B. 12 V) gearbeitet werden muß. Außerdem sind die Schaltzeiten stark spannungsabhängig,
so daß für viele Anwendungen der Streubereich zu groß ist. Noch größere Verzögerungszeiten
(bis zu etwa einer Minute) werden üblicherweise mit Bimetallschaltern erreicht.
Die Birnetallschalter benötigen jedoch relativ große Ansprechleistungen, die nicht
immer zur Verfügung stehen. Außerdem sind durch die langen Abkühlzeiten (Erholungszeiten)
große Pausen zwischen den einzelnen Schaltungen erforderlich. Zusätzlich sind die
Schaltzeiten stark spannungsabhängig und im allgemeinen nicht einstellbar, sondern
nur in speziellen Ausführungen in engen Grenzen regelbar.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die diese Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die Pole einer Gleichspannungsstelle in Reihe ein regelbarer Widerstand,
eine Parallelschaltung eines weiteren regelbaren Widerstandes und einer Diode und
die Steuerstrecke eines Transistors geschaltet ist, daß parallel zu der Reihenschaltung,
bestehend aus der Parallelschaltung des einen regelbaren Widerstandes und der Diode,
und der Steuerstrecke ein Schalter liegt, der zu Beginn des zu verzögernden Schaltvorganges
betätigt wird, daß die Diode derart eingeschaltet ist, daß sie bei geöffnetem Schalter
leitend und bei geschlossenem Schalter gesperrt ist, daß an dem Zusammenschaltpunkt
zwischen der Parallelschaltung (aus Diode und regelbarem Widerstand) und der Steuerstrecke
eine Anschlußklemme eines Kondensators angeschaltet ist, daß die zweite Anschlu:ßklemme
dieses Kondensators gegebenenfalls über einen Widerstand an dem Pol der Gleichspannungsquelle
liegt, an dem auch der zuerst erwähnte regelbare Widerstand liegt, daß die Ausgangselektrode
des Transistors mit der zweiten Anschlußklemme des Kondensators verbunden ist und
daß mit dieser Ausgangselektrode des Transistors der Eingang einer als Schxnitt-Trigger
bekannten Schaltung verbunden ist, die bei einer bestimmten Eingangsspannung ihren
Schaltzusxänd ändert und damit eine elektronische Einrichtung oder ein Relais umschaltet
und nach Absinken der Eingangsspannung unter einen bestimmten Wert die Rückumschaltung
bewirkt.
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Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß sowohl die Einschaltverzögerung
als auch die Ausschaltverzögerung getrennt regelbar sind. Außerdem sind die Schaltzeiten
weitgehend unabhängig von Spannungsschwankungen. Der Schaltvorgang erfolgt nunmehr
sprunghaft, so daß die Funkenbildungen an den Kontakten eines Relais nicht mehr
auftreten. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist, insbesondere bei batteriebetriebenen
Geräten mit niedriger Versorgungsspannung wegen des geringen Energiebedarfs vorteilhaft.
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Man kann zusätzlich noch die Schaltzeit dadurch variieren, daß man
die Widerstände des Schmitt-
Triggers verschieden bemißt. Die Schaltung
spricht dann z. B. erst bei einem großen Eingangswert an und fällt bei einem niedrigen
Wert in die Ausgangslage zurück.
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Es sei noch erwähnt, daß aus der deutschen Auslegeschrift
1027 315 eine Schaltungsanordnung für die verzögerte Betätigung von Relais
bekannt ist, bei der die Schaltverzögerung ebenfalls mit Hilfe eines RC-Gliedes
erzielt wird. Auch bei dieser Anordnung ist das RC-Glied ähnlich wie beim Gegenstand
der Erfindung mit einer Diode sowie mit Transistoren und natürlich weiteren Widerständen
zusammengeschaltet. Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich von der bekannten
Schaltung jedoch dadurch, daß die genannten Bauelemente in vollkommen anderer Weise
kombiniert sind. Ein Hinweis auf die Kombinationsmöglichkeit der Elemente, wie sie
gemäß der Erfindung gelehrt wird, konnte der Fachmann der bekannten Schaltung nicht
entnehmen. Gegenüber der bekannten Schaltung hat die erfindungsgemäße Schaltung
den Vorteil, daß, wie oben erwähnt, die Einschaltverzögerung und die Ausschaltverzögerung
getrennt regelbar sind. Weiterhin ist es, wie unten' noch gezeigt wird, bei der
erfindungsgemäßen Schaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung möglich, die
Erholzeiten der Schaltung abzukürzen.
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Die bis jetzt beschriebene Anordnung hat (wie gerade angedeutet) noch
den Nachteil, daß bei entsprechender Lage der Schwellwerte für den Schmitt-Trigger
relativ große Erholzeiten notwendig sind. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
können diese -Erholzeiten stark herabgesetzt werden; hierzu werden an die Ausgangselektroden
der Schmitt-Trigger Schaltmittel angeschaltet, die aus dem Umschaltvorgang Impulse
ableiten. Mit diesen Impulsen werden dann Schaltstrecken gesteuert, die einmal während
des Aufladevorganges des erwähnten Kondensators vom Zeitpunkt der Umschaltung des
Schmitt-Triggers an die Aufladung stark beschleunigen, indem der Ladewiderstand
überbrückt wird, und zum anderen beim Entladevorgang nach dem Rückkippen des Schmitt-Triggers
in den Ausgangszustand die Entladezeit verkürzen, indem der Entladewiderstand kurzgeschlossen
wird.
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Die Klemmen der Gleichspannungsquelle sind mit 1 und 2 bezeichnet.
Zwischen diesen Klemmen liegt eine Reihenschaltung, gebildet aus dem Widerstand
3, dem regelbaren Widerstand 4, der Parallelschaltung aus regelbarem Widerstand
5 und Diode 6 und der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors B. Parallel zu dieser
Parallelschaltung aus den Gliedern 5 und 6 und der Basis-Emitter-Strecke liegt ein
Schalter 7, über den das zu verzögernde Schaltsignal eingegeben wird. Am Zusammenschaltpunkt
der Glieder 5, 6 und 8 ist außerdem die eine Klemme eines Elektrolytkondensators
9 angeschaltet. Die andere Klemme des Elektrolytkondensators 9 liegt über einen
hier regelbaren Widerstand 10 am Minuspol der Gleichspannungsquelle. Desgleichen
ist die Ausgangselektrode des Transistors 8 über Widerstände mit diesem Pol verbunden.
Weiterhin ist die Ausgangselektrode des Transistors 8 mit der Steuerelektrode eines
als Impedanzwandler geschalteten Transistors 11 verbunden. Durch den Emitterstrom
dieses Transistors wird die Schmitt-Triggerschaltung, gebildet aus den Widerständen
12 bis 15 und den Transistoren 16 und 17, gesteuert. Während in einem Ausgangskreis
ein Widerstand 18 eingeschaltet ist, ist im anderen Ausgangskreis ein Relais
19 eingeschaltet, welches in bezug auf die Zeit der Betätigung des Schalters:7 verzögert
schalten soll.
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Die Wirkungsweise der bis jetzt beschriebenen Schaltungsanordnung
ist folgende: Bei geöffnetem Schalter 7 ist der Kondensator 9 nahezu entladen, da
der Spannungsabfalll über Transistor 8 (Durchlag) gering ist. Der Spannungsabfall
an dem Teil des Potentiometers 10 zwischen der Ausgangselektrode des Transistors
8 und der zweiten Klemme des Kondensators 9 bewirkt eine Voraufladung des Kondensators
9, durch die sowohl die Anzugsverzögerung als auch die Abfallverzögerung gemeinsam
variiert werden können. Damit ist der Emitterstrom des Transistors 11 gering.
Die Schaltung ist derart bemessen, daß bei geringem Emitterstrom des Transistors
11 der Transistor 17 des Sehmitt-Triggers einen großen Kollektorstrom aufweist.
Wird nun aber der Schalter 7 geschlossen, dann lädt sich der Kondensator 9 mit einer
Zeitkonstante auf, die mittels des Widerstandes 5 eingestellt werden kann, und bringt
die Spannung an der Basis des Transistors B
gegen Null. Während des Ladevorganges
wird der Kollektorstrom des Transistors 8 also immer kleiner, was zur Folge
hat, daß sich der Emitterstrom des Transistors 11 vergrößert. Damit steigt das Potential
an der Basis des Transistors 16 an: Bei einem voreingestellten Potential
kippt die Schmitt-Triggerschaltung um, und der Kollektorstrom des Transistors 16
bringt das Relais 19 zum Anzug. Der Zeitpunkt des Ansprechens kann durch Voreinstellung
der Schwelle am Schmitt-Trigger aber auch durch Änderung des Ladewiderstandes
5 bewirkt werden. Der Transistor 8
linearisiert gleichzeitig die Ladekurve
des Kondensators 9.
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Wird nun der Schalter 7 wieder geöffnet, dann wird die Diode
6 leitend, und der Kondensator 9 entlädt sich über den Widerstand
4. Damit wird das Potential an der Basis des Transistors 8 wieder negativer,
und der Transistor 8 wird immer niederohmiger. Als Folge hiervon sinkt das Potential
an der Basis des Transistors 16 ab, und bei einem vorbestimmten Wert des Potentials,
der z: B. gleich oder kleiner sein kann als das Potential des ersten' Kippvorganges,
kippt der Schmitt-Trigger zurück. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Widerstände
derart gewählt, daß die beiden die Kippung auslösenden Potentiale voneinander verschieden
sind. Damit hat die Schaltung den Ausgangszustand wieder erreicht; das Relais fällt
wieder ab. Wie bereits oben angedeutet, ist der regelbare Widerstand 10 auch
für die Abfallzeit mitbestimmend.
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Um zu gewährleisten, daß kurz nach den jeweiligen Kippvorgängen der
Schalter wieder betätigt werden kann, ohne daß hierdurch von falschen Werten des
Ladezustandes ausgegangen wird, muß man dafür sorgen, daß kurz nach den Kippvorgängen
der Endzustand - also volle Ladung oder Ladung etwa gleich Null - hergestellt wird.
Hierzu werden von den Kollektoren der Transistoren 16 und 17 mittels der Widerstände
20 bzw. 22 und des Kondensators 21 bzw. 23 Impulse abgeleitet. Kippt
z. B. der Schmitt-Trigger in die Stellung, in der der Transistor 17 gesperrt wird,
dann wird sich der Kondensator 21 aufladen. Hierbei erhält der Punkt zwischen den
beiden
Widerständen 20 negativeres Potential. Hierdurch wird der
Schalter 24 geöffnet und damit der Ladewiderstand 5 überbrückt. Die Aufladung bis
zum Endwert wird somit stark beschleunigt. In der F i g. 2 ist dies angedeutet.
Die Ladekurve (Ladezustand über der Zeit) trägt das Bezugszeichen 26. Am Punkt 27
wird die Umschaltung des Schmitt-Triggers ausgelöst. Im gleichen Augenblick wird
der Transistor 24 aufgesteuert, und die Aufladung verläuft nunmehr gemäß dem Kurventeil
28 und nicht gemäß dem gestrichelten Teil der Kurve 26. Damit ist sehr bald
nach dem Umkippzeitpunkt der Endzustand erreicht. Beim Zurückkippen des Schmitt-Triggers
(Punkt 29 der Entladekurve 30 gemäß dem rechten Teil der F i g. 2) bewirken die
Schaltelemente 22 und 23 eine Steuerung des Transistors 25, wodurch die Entladung
vom Punkt 29 an gemäß dem Teil 31 der Entladekurve verläuft. Die Kurvenverläufe
26 und 30 sind - wie bereits oben ausgeführt - mit Hilfe der Widerstände 4 und 5
getrennt einstellbar. Außerdem sind die Potentiale, bei denen die Kippvorgänge ausgelöst
werden, durch Voreinstellung am Schmitt-Trigger bestimmt. Bei fest eingestellten
Werten (Punkt 27 und 29) des Schmitt-Triggers ist durch die Einstellung des Widerstandes
5 die Aufladekurve und damit die Einschaltverzögerung wählbar, während durch den
Widerstand 4 die Entladekurve und damit die Ausschaltverzögerung variiert werden
kann.