DE962818C - Schwingtransistor-Impedanzbrueckenanordnung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 23. MAI 1957

P 13166 VIIIcIzig

ist als Erfinder genannt worden

Die bisher bekanntgewordenen Kapazitäts- oder Hochfrequenzrelais mit als Oszillator betriebenen Röhren müssen auf sehr labil bzw. unstabil eingestelltem Zustand, und zwar entweder unmittelbar vor Aussetzen oder vor Einsetzen des Schwingzustandes gehalten werden.

Diese labile Einstellung ist recht kritisch, so daß sich besonders bei gesteigerter Empfindlichkeit Fehlanzeigen und Fehlalarme durch äußere Einflüsse (Luftfeuchtigkeit, Netzspannungsschwankungen, auch bei Stabilisierungen usw.) ergeben und entsprechende Nachregulierungen nicht vermieden werden können.

Aus den gleichen Gründen mußten auch die jeweils angeschlossenen Objekte möglichst verlustarm isoliert aufgestellt werden.

Der Gedanke, die labil bzw. unstabil schwingenden Oszillatorröhren analog den bis jetzt bekannten Ausführungsarten der Kapazitätsrelais durch einen Schwingtransistor zu ersetzen, um dessen ao bekannte Vorzüge hierfür zu verwerten, läßt sich, wie Versuchsreihen ergeben haben, praktisch nicht verwirklichen.

Bei Kapazitätsrelais beruht bekanntlich die Annäherungsanzeige auf der ansteigenden Kapazität »5 gegen Erde, welche bei den als Antenne wirken-

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den Objekten diurch Annäherung eines Körpers verursacht wird und eine entsprechende Veränderung der Frequenz bei unstabilem Arbeitspunkt des Röhrenoszillators mit äquivalenter Anodenstromänderung zur Steuerung des Schaltrelais bewirkt. Es ist aber bekanntlich eine besondere und für andere Zwecke ausgenutzte Eigentümlichkeit alle: Transistoren, daß sie im Gegensatz zu Röhren, als Oszillator geschaltet, auf Veränderung der Erdkapazitäten im Strahlungsfeld infolge ihres geringen Eingangswiderstandes in keiner Weise reagieren.

Es ist daher nicht möglich, Transistoren an Stelle von Röhren in irgendeiner Kapazitätsrelaisschaltung zu betreiben, weil auch bei' astabilen oder bistabilen Schalttransistorenoszillatoren nur durch direkte Stromimpulse am Eingang äquivalente Kollektorstromänderungen für Relaisbetrieb erreicht werden können.

ao Wenn es auch möglich ist, einen Transistor in einem begrenzten langwelligen Bereich mit Miniaturstrahlungsleistung als Oszillator zu betreiben, so verhindert die zum Unterschied von Elektronenröhren mit sehr hohem Eingangs- und Isolationswiderstand zwischen den Elektroden praktisch direkt leitende Verbindung der Transistarelektroden mit geringen Eingangs- und Übergangswiderständen zwischen Emitter-Basis-Kollektor die Schaffung der notwendigen Potentialdifferenz, wie sie für Kapazitätsrelais bisher bekannter Art unerläßliche Voraussetzung für deren Arbeitsweise ist.

Gleichzeitig war eine gewisse, verhältnismäßig hohe Strahlungsleistung des Oszillators notwendig, um selbst bei weiteren Verstärkerstufen eine für die Praxis ausreichende Ansprechempfindlichkeit und genügend starken Steuerstrom für den Schaltvorgang eines elektromagnetischen Relais zu erreichen.

Hierbei lassen sich mehr oder weniger starke Oberwellenstörstrahlungen im Rundfunkempfangsbereich nicht vermeiden, weil diese Strahlungen für die sensitive Arbeitsweise der Kapazitätsrelais notwendige Voraussetzung sind und daher nicht einfach ausgefiltert werden können.

Eine derartige Strahlungsleistung wäre aber mit Transistoren, welche als Schwingtransistoren an Stelle der Röhren arbeiten, praktisch auch nicht annähernd zu erreichen, selbst wenn die sogenannten Leistungstransistoren in mehrfachen Gegentaktschaltungen eingesetzt werden könnten, weil die Leistungstransistoren als Schwingtransistoren anderseits nicht oder nur sehr beschränkt funktionieren und praktisch hauptsächlich für Tonverstärker Verwertung finden.

Aus diesen bereits angeführten und weiteren Gründen hat sich ergeben, daß auf Grundlagen der bisher bekannten Röhrenkapazitätsrelais und deren Arbeitsweise auch mit entsprechender Modifikation der Schaltung Transistoren nicht verwendbar sind, so daß derartige Geräte bisher nicht hergestellt oder praktisch brauchbare Ausführungen vorgeschlagen werden konnten.

Die gleichen physikalischen Eigenschaften der Transistoren, welche die Ausführungen von Kapazitätsrelais in bisher bekannter Art unmöglich gemacht haben, insbesondere die geringen Eingangs- und Übergangswiderstände zwischen Emitter, Basis und Kollektor, gestatten aber zum Unterschied von Elektronenröhren eine Impedanz- und Gleichstrombrückenkombination, als Relaisanordnung, bei der erfindungsgemäß ein als Oszillator betriebener Transistor mit seinen elektrischen Werten als organischer Bestandteil einer Komplementärbrücke, bestehend aus einer Betriebsgleichstrombrücke und einer überlagerten hochohmigen Impedanzbrücke mit den frequenzbestimmenden und den die Brückenarme bildenden Bauteilen, einschließlich Batterie und Sicherungsobjekt, zu einer selbsterregt strahlenden Impedanz- und Gleichstrombrückenanordnung geschaltet ist. Diese Anordnung benötigt keine Fremdspeisung bei Vermeidung aller Nachteile der bisher bekannten Kapazitätsrelais mit unstabil schwingenden Oszillatoren und ergibt darüber hinaus bei geringster Strahlungsenergie eines stabil schwingenden Transistors eine vielfach höhere Ansprechempfindlichkeit durch den überlagerten hochohmigein Impedanzbrückenschwingkreis.

Gleichzeitig wird eine wesentlich größere An- go passungsmöglichkeit von kleinsten bis sehr großen Objekten durch die einfache Einstellung des Impedanzbrückengleichgewichts bei gegebenem Gleichstrombrückenarbeitspunkt erreicht.

Das Übersichtsschaltbild (Abb.V) stellt dar, wie der Schwingkreistransistor eingebaut werden muß, damit sich zunächst eine Gleichstrombrücke für den Arbeitsstrom ergibt.

Der Minusstrom der Batterie H speist den Kollektor CO, der Plusstrom über den Gleichstromwiderstand der Relaisspule C den Emitter, welcher so bemessen wird, daß sich die beiden Ströme am Basispunkt im Gleichgewichtszustand befinden.

Die im Bauteil A und Transistor G entstehende Strahlungsenergie wird durch die als Sperrdrossel wirkende hochinduktive Wicklung der Relaisspule gleichzeitig gezwungen, über Kondensator D und das Objekt 0, Erdung, Kondensator E, Batterie H und Kondensator B einen hochohmigen Impedanzbrückenschwingkreis zu bilden.

Der Impedanzbrückenausgleich entsprechend der Impedanz (Kapazitäts- und Isolations- bzw. Verlustwiderstand) von dem Objekt 0 erfolgt mit dem variablen Kondensator B bei angepaßter Dimensionierung der Festkondensatoren D und E hilfsweise mit Regelwiderstand.

Abb. I stellt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Grundschaltung dar, bei welcher eine Erhöhung der Impedanz durch Annäherung eines Körpers usw. an Objekt 0 rapides Abfallen der Arbeitsströme der Gleichstrombrückenanordnung ergibt, so daß in diesem Fall ein Relais C mit Ruhekontakten für die Alarmauslösung verwendet werden muß.

Abb. II ist ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Betriebsgleichströme bei Erhöhung der Im-

pedanz an Objekt 0 rapid ansteigen, so daß in diesem Fall umgekehrt ein Relais C mit Arbeitskontakt zur Verwendung kommt.

Der Kondensator F gestattet das Einbeziehen der Signalleitung- in den Impedanzbrückenschwingkreis, wodiurch die Signalleitungen und Alarmgeräte ohne weiteren Mehraufwand ebenfalls gegen Annäherung oder unbefugte Berührung gesichert sind

Abb. III stellt eine Ausführung dar für transportable Zwecke, ohne direkten Erdanschluß, z. B. als Kraftwagensicherung, als Sonde zum Aufsuchen vergrabener Metalle 'und auch nichtmetallischer Objekte, als Blindenleitgerät usw., bei welcher zur Erhöhung des Gleichstrombrückenbetriebsstromes zwei Transistoren in direkter Kopplung in Reihe geschaltet sind.

Die Kombination einer Impedanz- und Gleichstrombrücke mit eingeschlossenen Schwingtransistoren gestattet gleichzeitig je nach Art des Objekts 0 die Indikationsempfinidlichkeit mehr oder weniger auf magnetische oder kapazitive und induktive Impedanzeinflüsse verschieden kombiniert einzustellen, so daß je nach Art des Objekts die optimale Ansprechempfindlichkeit erreicht wird.

Für Stichgeräte vergrabener Objekte oder als Blindenleitgerät wird zweckmäßig Bauteil^ als Suchsondenspule oder -rahmen ausgeführt, wobei darm Kondensator Ό mit Objekt 0 entfällt.

Das Relais C ist nur für Bewachung-sgeräte

'3° notwendig, zur Einschaltung eines Signale, während für Suchgexäte geeignete Anzeigeinstrumente und bei Blindenleitgeräten elektromagnetische Hörmuscheln oder Kleinstlautsprecher statt Relais verwendet werden.

Abb. IV zeigt eine Ausführung nach Abb. II, bei welcher durch Reihenschaltung von zwei Transistoren mit Kontrapotential der Emittoren und Kollektoren ein Differentialausgleich der Arbeitsströme zwecks Stabilisierung und Ausgleich von.Temperaturschwankungen erreicht wird.

Während z. B. die Betriebsströme im ersten Transistor durch Erhöhung der Außentemperatur bei dem bekanntlich sehr temperaturabhängigen Transistor ansteigen, fallen diese bei dieser neuartigen Schaltung mit Kontrapotential im zweiten Transistor im gleichen Verhältnis ab, so daß sich eine vorzügliche Stabilisierung der ganzen Anordnung ohne sonstigen Mehraufwand ergibt.
Diese Schaltungsart wird durch das Btrückengleichgewicht des Emitter und Kollektorgleichstromes nach der Erfindung ermöglicht, während bekanntlich in den herkömmlichen Schaltungen von Transistoren mit Kollektorstromsteuerung hierdurch ein Ausbrennen des Transistors verursacht wurde.

Diese Impedanzgleichstrombrückenanordnung mit organisch einbezogenen Schwingtransistoren ermöglicht, Transistoren für diese Zwecke einzusetzen und damit d'eren Vorteile gegenüber Röhren- und j üblichen Kapazitätsrelais bei gleichzeitig wesentlieh höherer Empfindlichkeit zu verwerten.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schwingtransistor-Impedanzbrückenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Oszillator betriebener. Transistor mit seinen eigenen elektrischen Werten als organischer Bestandteil einer Komplementär brücke, bestehend aus einer Betriebsgleichstrombrücke und einer überlagerten hochohmigen Impedanzbrücke, mit den frequenzbestimmenden und den die Brückenarme bildenden Bauteilen, einschließlich Batterie und Sicherungsobjekt, zu einer selbsterregt strahlenden Impedanz- und Gleichstrombrückenanordniung geschaltet ist (Abb. V und I bis IV).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter oder weiterer Transistor in Serie parallel in Gegentakt oder mit Kontrapotential dem Sehwingtransistor zugeschaltet wird (Abb. III und IV).

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere gleichartige Impedanzgleichstrombrückenanordnung mit Schwingtransistor, welcher organisch eingeschlossen ist, in Differentialfunktion parallel geschaltet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels variablen sowie festen Kondensatoren und Widerständen eine Einstellung des Impedanz- und Gleichstrombrücken-Nullpotentials bzw. der Ansprechempfindlichkeit erfolgt (Abb. I bis IV).

5. Anordnung, nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anschluß der Signalleitung sowie der Abschirmung der Erdleitung über einen Kondensator parallel oder in Serie mit den zu sichernden Objekten von dem entsprechenden Brückenzweig aus deren Sicherung gegen Berührung und Annäherung erfolgt (Abb. II und IV).

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erdanschluß, in der üblichen Weise an Wasserleitungen, Zentralheizungsrohren usw. verwendet wird, um eine Basis für die Impedanzkreis- oder Brückenanordnung zu schaffen.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei transportablen "Ausführungen die Körperkapazität und Impedanz des Trägers oder bei Fahrzeugen das Auflegen einer Metallplatte, Metallstab usw. auf dem jeweiligen Boden oder eine sonstige, an sich bekannte Hilfserdung verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 653 282.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 706/32S 10.56 (709 522/240 5.57)