DE1548011A1 - Spannungs- und Temperaturkompensation fuer elektronische Uhren - Google Patents

Description

Oberingenieur Robert Walter Reich, Freiburg i*Br_#,Mej

Patentanmeldung. - . *> 4 8 0 1 1 Spannungs- und Temperaturkompensation ffir elektronische Uhren»

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung eier Regulierung elektronischer Uhren durch eine Kompensation der Spannunge-, und Temperaturabhlngigkeit» von Transistorschaltungen» Es ist allgemein bekannt, dass die elektronischen Uhren ihre Amplitude und ihre Frequenz des Drehschwingers direkt in Abhingigkeit von der anliegenden Batteriespannung Ändern» In gleicher Weise Indern sieh diese ffir die Regulierung grundlegenden Daten in Abhängigkeit von der Temperatur» Man kann nur Transistoren mit niedrigem Verstärkungsfaktor verwenden, da sonst solche elektronischen Uhren bei Temperaturen unter Null sogar vollkommen stehenbleiben« Die TemperaturabhHngigkeit von Transistoren ist ganz allgemein bekannt« Bei der Verwendung ffir elektronische Uhren kommt aber zusätzlich noch hinzu, dass sich die Sehleusenspannung ffir die Baieis um ungeflhx 2 Millivolt pro Grad Temperaturinderung gleichfalls Mnderi» Durch diese Änderung der Sehleusenspannung,also der Erregerspannung,welche ffir die Steuerung fiber die Basis wirksam ist, wird aber direkt die Amplitude des Drehsehwingers und auch die Frequenz vtxfindext« Steigt die erforderliche Erregerspannung durch Temperaturlnderung soweit an, dass die Öffnung durch die zur Vexffigung stehende Induktionsspannung aus der Erregerspule nicht mehr aüsxeicht» so bleibt die Uhr stehen» Umgekehrt Huft die Uhr wesentlich schneller und macht eine wesentlich hOhere Amplitude, wenn diese Basisspannung absinkt, da die Induktionsspannung ja in gleicher HOh* bestehen bleibt» Dazu kommt noch, dass durch die hlhexe Frequenz und durch die hfihexe Amplitude sowieso die Induktionsspannung an der Basis ansteigen muss wegen dex hfheren Geschwindigkeit, mit der sich die Magnete fibex die Brxegexspule hinwegbtwegen« Ditse physikalischen Gegebenheiten wirken sich nun bei elektronischen Uhren se aus» dass die Zeitschaltung dex Uhr sowohl direkt abhfinglg von dex ntch zur Vexffigung stehenden Batterie Spannung als auch vcn dex Temper «tür» in welcher sich./

die Uhr befindet, liuft« Man hat iaher Versuch^ «n.l ernennen, die Regulierung durch Wirbelstrombremsen und Wirbelstromdlmpfungsglieder zu verbessern« Durch solche Wirbel*tromdlrapfung wird aber die freie harmonische Schwingung vollkommen aufgehoben» Die Isookronissusbedingungen sind dadurch in keiner Weise mehr erfüllt« Es ergeben sich einfache Antriebe, welche von einer bestimmten Stellung aus eine Rotationsbewegung erzeugen, die an einer anderen durch die Wirbelstrombremse vorgegebenen Stelle gedlmpft werden. Dementsprechend ist die Zeithaltung ausserordentlich schlecht» Ausserdem gehen solche Wirbelsirondfmpfungen nur ffr ganz geringe Spannungsbereiche von einigen Zehntvl Volt»Batteriespannungslnderung flberhaupt anzuwenden« Die Ergebnisse sind daher in keiner Weise befriedigend» Man nuss die Betriebsdauer der verwendetet Trockenzellen einschränken und vor allem nass man den Strombedarf von vornherein mehr als verdoppeln, um überhaupt die Wirbelstromdämpfung anwenden zu können» Man geht dabei so vor, dass man den Stromverbrauch so hoch setzt»dass er auch bei der niedrigsten zugelassenen Spannung noch ausreicht« um die Uhr zu betreiben, und vernichtet die hOhere abgegebene Energie auf dem Drehschwinger bei höheren Spannungen« Hierdurch wird einmal die Laufzeit herabfesetzt, der Wirkungsgrad ganz erheblich verschlechtert und es wird trotzdem nicht erreicht, dass die Spannungsabhlngigk«it und vor allem die Temperaturabhfngigkeit vollkommen beseitigt wird»

Die Erfindung betrifft daher eine Spannung*- und Temperaturkompensa·· tionsschaltung für elektronische Uhren» «reiche dadurch gekennzeichnet ist, dass parallel zur Antriebsspule oder zu den Antriebsspulen eine Reihenschaltung von Gleichrichter«lementen aus Selen, Silicium oder einem anderen geeignete|| Material_tin der Flu««richtung alt der Stromrichtung in der Antriebsspule Ibereinstiianend, ein· Anzahl von Einzelplatten entsprechend der gewählten zugelassenen wirksamen Spannung an den Spulen» dividiert durch die Sehleusenepannung des einzelnen Gleichrichter elemente« angeordnet ist« Verwendet ma beispielsweise

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eine Trockenbatterie, welche eine Anfangsspannung von ca. 1,6 Volt aufweist, und will diese Batterie bis zu einer Endspannung von 1 Volt ausnutzen« so wShlt man zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichterelemente aus Selen, die etwa eine Schleusenspannung von je 0,5 V aufweisen, so dass durch die Hintereinanderschaltung ein· Spannung von 1 Volt entsteht* Liegt nun die Spannung aus irgendeinem Grunde entweder durch Spannungserhfhung oder durch TemtperaturerhVhung hBher als 1 Volt am Kollektor oder Emitter, an dem die Antriebsspule angeschaltet ist, so filiesst der Strom nach Erreichen der vorgegebenen 1 Volt Spannung direkt 8ber den Gleichrichter ab« Es kann also immer nur eine Antriebsspannung von 1 Volt fiber die An- λ triebsspule oder die Ahltriebsspuleη wirksam werden« Auch wenn man beispielsweise 6 Volt oder 12 Volt als Spannungsquelle verwendet, so wird trotzdem auch bei Änderung beispielsweise von 4 auf 8 Volt oder von 10 auf 14 Volt, wie es bei Autobatterien auftritt, keinerlei Amplituden- oder Frequenzänderung an dem Drehechwinger auftreten, wenn eine solche Reihenschaltung aus Gleichrichterelementen unter Ausnutzung der Schleusenspannung des einzelnen Elementes und der richtigen Wahl der Anzahl dieser Elemente vorgenommen worden ist« WIhIt man beispielsweise 6 solcher einzelnen Se Ie np litt ehe n, se kann man dadurch die Spannung auf 3 Volt stabilisieren« Es ist dann gleichgEltIg₉ ob die Batteriespannung, also die Speisespannung, 4 Volt oder 8 Volt beträgt» Besonders vorteilhaft ist es aber, dass man mit dieser Parallelschaltung von Gleichrichterlementen Uhren stabilisieren kann, welche mit Trockenbatterien arbeiteng da hier die Kollektorspannung, wenn man die Antriebsspule in den Kollektor kreis legt, bereits so niedrig liegt, dass andere Elemente, wie Zenerdioden und so weiter nicht anwendbar sind« Gerade in diesem Bereich von 1 Volt bis 2 Volt lassen sich Zenerdioden aus physikalischen Grundsfltzen nicht herstellen« Zenerdiodenschältungen, wie vom Anmelder gleichfalls angegeben, sind daher nur geeignet, wenn,/«

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eine höhere Spannung an der Antriebsspule liegt, odwr wenn eine hOhere

Batteriespannung zur Verfügung steht«\die mindestens über 3 Volt liegt» Auch die Zenerdiode f8r 3 Volt weist aber noch keinen sehr scharfen Knick

auf, so dass die Stabilisation mit 3 Volt fSr diese Spannung noch sehr

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unvollkommen bleibt«

Um auch die Änderung der Schleusenspannung des Transistors selbst durch Temperaturerhöhung oder -erniedriegung auszugleichen« ist es aber noch erforderlich, in den Leitungszug der Erregerspule zwischen Basis und Emitter Wr die Basis einen Linaswiderstand zu schalten« Dieser Lfngswiderstand liegt in der GrBssenordnung von etwa ^O bis 50 kOhm« Er entspricht also dem fliessenden Erregerstrom» wobei der Widerstand so bemessen ist« dass dieser Strom« welcher zur Öffnung des Transistors erforderlich ist» bei der Notmaltemperatur den erforderliehen Spannungsabfall an den Widerstand ergibt«;Ändert sich nun die Schleusenspannung» wie angegeben« um etwa 2 Millivolt pro Grad Temperaturlnderung» wirkt dieser Ung «widerstand strombegrenzend» Hierdurch kann kein höherer Strom innerhalb des Transistorkreises!fHessen« Es werde nlmlich sonst geschehen» dass zwar die Spannung

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am Kollektor».also an der Antriebsspule» stabilisiert ist» es würde aber u»U« ein sehr hoher Strom durch dkm Gleichrichter-Parallelschaltung flies-

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sen kennen » wenn dieser durch die hBhere Erregung des Basiskreises auftritt« : Es muss in jedem Fall dafür gesorgt werden» dass dieser Strom» der durch Temperaturerhöhung sehr erheblich ansteigen kfnnte, gleichfalls stabilisiert wirdj| In besonderen FiIlen» wo die Krregjjrspannung etwa in der Grfseenordnung in der Schleusenspannung eines Selen- oder Silicium-

I ■ gleichrichterelementes entspricht» also beispielsweise 0»5 bis 0,6 Volt für eine Germanium-Transistor-Uhr» kann man auch in einfacher Weise parallel zur Erregerspule ein gleiches Gleichrichterelement wie für die Antriebsspule beschrieben» schalten« Auch hierbei wird das Gleichrichter·lement

in Flussüchtung parallel zur Erreger spule so gelegt» dass nach Erreichen der Schleusenspannung» also 0,5 bis 0,6 Volt» der Strom» welcher der höheren Spannung dann entspricht» Qgejrg^tfoGl&ichrJLchterelement kurzgeschloi-

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sen ist, und darQber abflieset» Auf diese Weise kann man auch in einfacher Schaltungsanordnung die HOhe des Erregerstromes begrenzen« Bei. Verwendung von Silicium-Transistoren, die bereits eine Spannung von mehreren

Volt fSr die öffnung des Transistors exfordern« schaltet man entsprechend

vier oder sechs oder eine geeignete anderen Anzahl von Gleichrichter» elementen hintereinander und legt diese parallel, wie angegeben, zur Erregerspule. j

Da die Selenplßttchen oder Siliciumplettchen nur etwa einen Durchmesser von 2 mm besitzen und eine Dicke von wenigen Zehntel Millimeter, so ist ein sehr einfaches und billiges Bauelement fSr die Zwecke dex Temperatur- und Spannungskompensation verwendbar» Der Aufwand ffx ein sol-

ehes Gleichrichterelement ist in jedem Fall niedriger als beispielsweise eine Bedämpfung mit grossen Kondensatoren oder duxch eine Wirbelstrombremse« Dabei ist aber das Resultat iberhaupt nicht vergleichbar« Bei eine]

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solchen Schaltungsanordnung des Gleichxichtexelementes parallel zur Antxiebsspule kann sich die Speisespannung beispielsweise von 4 Volt auf 12 Volt Ändern_s ohne das« eine Änderung dex Amplitude pdex dex Frequenz des Drehschwinger* auftxitt« Da die Öffnung»spannung fix eine solche

Gleichrichteranordnung aussexoxdentlich scharf auf einen immer gleichen

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Wert, der nur von dem verwendeten Material abhSngt, ist, so gilt auch fflr die Stabilisierung ein immer gleicher, exakter Spannungswert an der Antriebsspule, der keine grossen Streuungen durch die Schaltelemente aufweist«

Der Vorteil dieser Spannungε- uld Temperaturkompensation ist ganz ausserordentlich« Der Wirkungsgrad wird nicht verschlechterte da die Impulse ausssrdem noch kürzer werden« Die Schaltungeanordnung ist sehr einfach und erfordert nur einen ganz geringen Aufwand, der in jedem Fall 'niedriger ist al« «üe «ndexen f te den gleichen Zweck anwendbaren MOgtichkelten« Die Ganggenauigkeit der Uhren mit solcher Spannung·- und Temperaturkompensation ist mit anderen Anordnungen iberhaupt nicht erreichbar» B* bleibt eine völlig fp&L% Sehwin^ung der Unruh, bestehen» Die I«o-

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Claims (1)

1. chronismusbedingungen sind bei dieter Art der Schaltungsanordnung in jedem Fall eingehalten»

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   Patentansprflche:

   1.J. Spannungs- und Temperaturkompensation £$r elektronische Uhren, dadurch gekennzeichnet» dass parallel zur Antriebsspule oder zu den Antriebsspulen eine Reihenschaltung von Gleichrichterelementen aus Selen, Silicium oder einem anderen geeigneten Material in der Flussrichtung,mit der Stromrich-

   tung in der Antriebsspule ebereinstimmend, mit einer Anzahl von Einzelplatten entsprechend der gewlhlten zugelassenen wirksamen Spannung an der

   Spule, dividiert durch die Schleusenspannung des einzelnen Gleichrichter-

   I
   elementes, angeordnet ist«

   2_#) Spannungs- und Temperaturkompensation nach Anspruch I₉ dadurch ge-

   i
   kennzeichnet« dass in dem ErregerspÄlenleitungsszug ein L&ngswiderstand

   vor der Basis angeordnet ist»

   3») Spannungs- und Temperaturkompensation nach Ansprachen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet» dass «ine GleichrichteBäeraent-Zusammenschaltung, aber entsprechend der gewlhlten maximalen zugelassenen Erregerspannung ober die Erregerepule geschaltet ist,

   4.) Spannungs- und Temperaturkompensation nach Ansprechen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnungen nach einem der Anspreche 1 bis 3 gemeinsam oder einzeln zur Anwendung kommen» 5«) Spannungs- und Temperaturkompensation nach Ansprechen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» dass für elektronische Uhren mit höheren Betriebsspannungen !als bei Verwendung einer Trockenbatterie und mit grossen Spannung sSchwankungen der Speisebatterie durch die GIeichrichtezzusammen- «chaltung die Spannung an der Antriebsspule unterhalb der niedrigsten auf tretenden Speisespannung von der Batterie liegt«

   7») Spannung«- und Temperaturkompensation nach Ansprachen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektronischen Uhren mit mehreren Erregerspulen . fiber jede der Erregerspulen eine solche Gleichriehterelementschaltung oder alle Erregerspulen gemeinsam geschaltet angeordnet ist«

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   8«) Spannungs- und Temperaturkompensation nach Ansprechen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anspruch 7 geschaltete Ltngswiderstlnde in dem Basiskreis angeordnet sind»

   Freiburg i_eBr», den

   909833/0722

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