-
Elektronischer Schalter zum An- und Abschalten eines an Wechselspannung
liegenden Verbrauchers Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter zum
An- und Abschalten eines an Wechselspannung liegenden Verbrauchers mittels eines
Schaltelementes unter Ausnutzung beider Halbwellen der anliegenden Wechselspannung.
-
Es sind Schaltungen bekannt, mit denen ein an Gleichspannung liegender
Verbraucher mittels eines Transistors an- oder abgeschaltet wird. Beim Einspeisen
eines Steuerstromes bestimmter Größe in die Basis wird der ursprünglich gesperrte
Transistor leitend, d. h., er wirkt dann wie eine in Durchlaßrichtung gepolte
Diode. Mit Wechselspannung lassen sich derartige Schaltungen auch betreiben. Der
Verbraucher wird aber durch den Gleichrichtereffekt des Transistors nur von einem
pulsierenden Gleichstrom durchflossen (Einweggleichrichtung). Reine Wechselspannungsverbraucher,
wie Transistoren und Wechselstrommotoren, lassen sich mit derartigen Schaltungen
nicht betreiben.
-
Weiterhin sind Schaltungen bekannt, die mittels Gegentaktanordnung
von zwei Schaltelementen mit parallelgeschalteten Bauelementen mit Gleichrichtercharakter
eine An- bzw. Abschaltung eines Verbrauchers an bzw. von einer Wechselspannungsquelle
unter Ausnutzung beider Halbwellen ermöglichen.
-
Die bekannten Schaltanordnungen für Gleichspannung lassen sich mit
einer Wechselspannungsquelle nicht betreiben. Dadurch wird für Verbraucher, die
naturgemäß auch mit Wechselspannung gespeist werden können, z. B. Glühlampen u.
ä., eine Gleichrichteranlage benötigt. Dies bedeutet in jedem Fall einen
mehr oder weniger großen Aufwand an Bauelementen, der vielfach unerwünscht ist.
Wenn die gesamte Schaltung an eine Wechselspannungsquelle gelegt wird, wird durch
den Gleichrichtereffekt des Transistors nur eine Halbwelle ausgenutzt, so daß eine
doppelt so hohe effektive Wechselspannung angelegt werden muß, als die beim Betrieb
der Anordnung mit Gleichspannung erforderliche Speisespannung betragen würde. Dies
ist einmal sehr unwirtschaftlich, da an die Spannungsfestigkeit der verwendeten
Transistoren sehr hohe Anforderungen gestellt würden und zum anderen nicht jedem
Verbraucher zuträglich ist. Bestimmte Verbraucher, z. B. Transformatoren, können
mit diesen Schaltstufen nicht betrieben werden.
-
Die bekannten Gegentaktschaltanordnungen für Wechselspannung besitzen
keine galvanische Verbindung von Steuer- und Laststromkreis; eine gemeinsame Nullung
der beiden Stromkreise ist demzufolge nicht möglich. Außerdem sind jeweils zwei
Schaltelemente sowie zwei Bauelemente mit Gleichrichtercharakter notwendig.
-
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen,
um Verbraucher, die naturgemäß nur mit Wechselspannung betrieben werden können,
ebenfalls mit einer elektronischen Schaltstufe kontaktlos mit geringem Aufwand an-
und abschalten zu können. Eine Wartung dieser Schaltungen ist ebenfalls nicht mehr
erforderlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines Schaltelementes
einen an Wechselspannung liegenden Verbraucher an- und abzuschalten, wobei im eingeschalteten
Zustand beide Halbwellen der anliegenden Wechselspannung wirksam sind. Weiterhin
ist ein geringer Aufwand an Bauelementen, möglichst keine Wartung und hohe Betriebssicherheit
gefordeft Die Aufgabe wird mit einem elektronischen Schalter zum An- und Abschalten
eines an einer Wechselspannung liegenden Verbrauchers, der in Reihe mit einem Transistor
als steuerbares Schaltelement und einer der Kollektor-Emitter-Strecke parallelliegenden
Diode liegt, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors und dem Verbraucherwiderstand liegender Kondensator die völlige
Sperrung des Wechselstromes im Zusammenwirken mit der ParalleIschaltung von Transistor
und Diode in abgeschalteten Zustand übernimmt.
-
Mit nur einem Schaltelement kann daher bei sehr geringem Aufwand an
weiteren Bauelementen und Wartung sowie hoher Betriebssicherheit ein an Wechselspannung
liegender Verbraucher an- und abgeschaltet werden.
-
Als Schaltelement kann also ein Transistor oder auch eine Röhre, Vierschichtdiode,
Thyratron od. ä.
verwendet werden. Auch die dem Transistor
parallelliegende Germaniumdiode kann durch eine, andere Halbleiterdiode oder durch
eine hochvakuum- oder gasgefüllte Gleichrichterröhre ersetzt werden.
-
Die für den Tansistor benötigte positive Basisvorpannung wird durch
eine Siliziumdiode oder einen Selengleichrichter erzeugt.
-
Durch eine räumliche Trennung der die Spannung liefernde Quelle von
den übrigen Bauelementen kann die Schaltung vorteilhaft für Fernsteuerung und/oder
-meldung benutzt werden.
-
Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich einmal überall dort verwenden,
wo z. B. Anzeigelampen für Großsichtanzeigen u. ä. durch mechanische Relais
geschaltet werden. Damit können die bei Gleichspannungsschaltungsanordnungen erforderlichen
Gleichrichter eingespart werden, die je
nach Lampenzahl mehr oder minder umfangreich
sind und meistens auch noch die benötigten Relais. Eine Anwendung der erfindungsgemäßen
Schaltung wäre daher in Geräten zur Fernanzeige irgendwelcher Betriebszustände,
zur Fernsteuerung und speziell zum An- und Abschalten von Verbrauchern; die nur
mit Wechselspannung betrieben werden können, z. B. Transformatoren und Wechselstrommotoren,
möglich.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand einer
zeichnerischen Darstellung erläutert: Es zeigt Fig. 1 eine vereinfachte Schaltung
der Anordnung nach der Erfindung F i g. 2 die gleiche, vervollständigte Schaltung,
funktionsfähig.
-
In F i g. 1 liegt der Verbraucherwiderstand 1 mit einem
Kondensator 2 und einer Parallelschaltung, bestehend aus einem Transistor
3 und einer Germaniumdiode 4, in Reihe. Wird die Wechselspannung,
5 angeschaltet, so lädt sich, wenn der Steuerstrom 6 den Wert Null
annimmt, der Kondensator 2 über die Germaniumdiode 4 auf den Spitzenwert der-Wechselspannung
5 auf. Nach Anlegen der Steuer-Spannung 7 fließt ein Steuerstrom
6, durch den der Transistor 3 in das Sättigungsgebiet kommt,
d. h., dieser wirkt dann wie die in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnete
Diode 8. Die negative Halbwelle der Wechselspannung 5 :fließt dann
durch den Transistor 3, während die Germaniumdiode 4 die positive Halbwelle
übernimmt, so daß durch den Verbraucherwiderstand 1 und den Kondensator 2
ein reiner Wechselstrom fließt.
-
Zur Dimensionierung und zur Funktion der übrigen Bauelemente ist folgendes
zu sagen: Der maximal zulässige Spitzenstrom des Transistors 3 muß größer
oder höchstens gleich dem Spitzenwert des Verbraucherstromes sein. Die Sperr-Spannung,
für die der Transistor 3 ausgelegt sein muß, beträgt.
der Wechselspannung 5, für den gleichen Wert muß 6o auch die Germaniumdiode
4 ausgelegt sein. Der Maximalwert des Steuerstromes 6 ergibt sich aus dem
minimalen Stromverstärkungsfaktor des Transistors und dem geforderten Ausgangsstrom.
Über dem Kondensator 2 soll eine möglichst geringe Teilwechselspannung stehen, da
diese dem Verbraucher verlorengeht.
-
Das heißt, daß das Verhältnis der am Verbraucherwiderstand
1 stehenden Spannung zu der -über der Reihenschaltung des Verbraucherwiderstandes
1 mit dem Kondensatbr 2 abfallenden Ge-
samtspannung so groß wie möglich
sein muß.
-
In der in F i g. 2 gezeigten Schaltung sind Siliziumdiode
9 und der Widerstand 10 zusätzlich eingefügt worden, um die. Schaltung
funktionsfähig und temperaturstabil zu machen. Die Siliziumdiode 9 bewirkt
eine positive Basisvorspannung am Transistor 3 und darmi die Temperaturstabilisierung
der gesamten Schaltung nach F i g. 2. über den Widerstand 10 wird
die positive Vorspannung der Basiselektrode zugeführt.
-
Die eifindungsgemäße Schaltung eignet sich mit Vorzug zum Schalten
eines ah einer sinusförmigen Wechselspannung liegenden Verbrauchers, besonders bei
kleinen Spannungen. Sie wirkt wie ein Wechselstromrelais, da der erforderliche Steuerstrom
um den Stromverstärkungsfaktor kleiner als der durch den Verbraucher fließende Spitzenstrom
ist. Als Verbraucher kommen außer Glühlampen auch Wechselstromverbraucher, wie z.
B. ' Transformatoren, Wechselstrommotoren, in Frage. Ein Betrieb der Schaltung
mit nicht sinusförmigen, symmetrischen Spannungen, z. B. Rechteckspannungen, ist
ebenfalls möglich. Bei einer überlagerten Gleichspannung werden nur die Wechselanteile
wirksam, da der Kondensator 2 die Gleichspannung vom Verbraucher fernhält.