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PATENTANSPRÜCHE
1. Durch Berührung steuerbare Schalteinrichtung für kontaktlose Signalgabe, bestehend aus einem Oszillator und einem diesem nachgeschalteten Schaltkreis, sowie einem der Beeinflussung des Oszillators dienenden Berührungselement, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem ersten Schmitt Trigger (STl) und einem frequenzbestimmenden RC-Glied (RlICl) gebildete Oszillator (Oz) eingangsseitig über ein Koppelglied (Cs/Rs) mit dem Berührungselement (e) und ausgangsseitig mit dem aus in Serie geschalteten monostabilen Kippschaltungen (Mf2, Mf3, Mf4) gebildeten Schaltkreis verbunden ist, wobei die monostabilen Kippschaltungen (Mf2, Mf3, Mf4) aus weiteren Schmitt-Triggern (ST2, ST3, ST4) bestehen, an deren Eingängen Zeitglieder (C2/R2, C3/R3, C4/R4) angeschlossen sind,
und wobei mittels einer durch Berührung des Berührungselementes erfolgten Frequenzänderung der am Ausgang des Oszillators (Oz) vorhandenen Signalfolge (STI a) eine Umkehrung des am Ausgang (a) der letzten monostabilen Kippschaltung (Mf4) vorhandenen Dauersignals hervorrufbar ist.
2. Schalteinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied aus einer Serieschaltung eines Schutzwiderstandes (Rs) und eines Schutzkondensators (Cs) besteht, wobei der Schutzwiderstand (Rs) klein gegen den frequenzbestimmenden Widerstand (R1) des Oszillators (Oz) und die Kapazität des Schutzkondensators (Cs) gross gegen die Kapazität (CM) einer Person gegen Erde ist, und wobei bei Berührung und nichtleitendem Übergang zwischen dem Berührungselement (e) und einer Standfläche (F) diese Kapazität (CM) bzw.
die Kapazität des Berührungselementes (e) parallel zum frequenzbestimmenden Kondensator (C1) des Oszillators (Oz) geschaltet ist und bei leitendem Übergang der Schutzkondensator (Cs) über den Hautwiderstand (RH) der Person parallel zum frequenzbestimmenden Kondensator (C1) liegt, wodurch die Frequenz des Oszillators verkleinert wird.
3. Schalteinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmitt-Trigger (ST1, ST2, ST3, ST4) des Oszillators (Oz) und der monostabilen Kippschaltungen (Mf2, Mf3, Mf4) in C-Mos-Logik ausgeführt und in einer integrierten Schaltung zusammengefasst sind.
Die Erfindung betrifft eine durch Berührung steuerbare Schalteinrichtung für kontaktlose Signalgabe, bestehend aus einem Oszillator und einem diesem nachgeschalteten Schaltkreis, sowie einem der Beeinflussung des Oszillators dienenden Berührungselement.
Bei einem bekannten kapazitiven Tastschalter nach der Deutschen Auslegeschrift Nr. 1 303409 ist der Oszillator aus zwei Schwingkreisen und einem zwischen diesen liegenden Transistor gebildet. Der basisseitige, aus einem Kondensator und einer Spule bestehende Schwingkreis ist mit einem Tastelement verbunden. Der kollektorseitige, ebenfalls einen Kondensator und eine Spule aufweisende Schwingkreis steuert über eine weitere, induktiv angekoppelte Spule die Basis eines Schalttransistors in der Weise, dass bei Verstimmung des basisseitigen Schwingkreises durch Berühren des Tastelementes die Schwingung abreisst und die an der Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors auftretende Spannungsänderung in einer nachgeschalteten Triggerstufe in diskrete Werte umgesetzt wird.
Die Nachteile dieser Schalteinrichtung liegen darin, dass LC-Oszillatoren relativ teuer sind und oft als Störquelle auftreten können. Ausserdem setzt die kapazitive Beeinflussung einen nichtleitenden Übergang zwischen der berührenden Per son und deren Standfläche voraus, was nicht immer gegeben ist.
Ein weiterer bekannter kontaktloser Signalgeber nach der
Deutschen Auslegeschrift Nr. 1176212 besitzt im Ausgangs kreis eines Hochfrequenz-Oszillators mehrere hintereinander geschaltete, verschieden abgestimmte Resonanzkreise, denen je ein Tastkondensator im Rückkopplungskreis zugeordnet ist.
Wird der aus zwei Elektroden bestehende und durch eine isolie rende Platte abgedeckte Tastkondensator berührt, so fängt der Oszillator zu schwingen an. Dabei erzeugen induktiv an den
Ausgangskreis angekoppelte Gegentaktmodulatoren ein für
Schaltaufgaben verwendbares Ausgangssignal.
Auch diese Schalteinrichtung ist insbesondere wegen der
Verwendung mehrerer Spulen pro Schwingkreis relativ teuer und kann aufgrund der hochfrequenten Schwingungen zur
Störquelle werden. Ein weiterer Nachteil liegt in dem aus meh reren Teilen bestehenden Tastkondensator, welcher, um ein wandfrei zu arbeiten, ebenfalls einen nichtleitenden Übergang zwischen dem Berührungselement und der Standfläche der berührenden Person voraussetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch
Berührung steuerbare Schalteinrichtung für kontaktlose
Signalgabe vorzuschlagen, die vorstehende Nachteile nicht auf weist und die sowohl bei nichtleitendem als auch bei leitendem Übergang zwischen dem Berührungselement und der Stand fläche der berührenden Person einwandfrei arbeitet und kostengünstig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der aus einem ersten Schmitt-Trigger und einem frequenzbe stimmenden RC-Glied gebildete Oszillator eingangsseitig über ein Koppelglied mit dem Berührungselement und ausgangssei tig mit dem aus in Serie geschalteten monostabilen Kippschal tungen gebildeten Schaltkreis verbunden ist, wobei die mono stabilen Kippschaltungen aus weiteren Schmitt-Triggern beste hen, an deren Eingängen Zeitglieder angeschlossen sind, und wobei mittels einer durch Berührung des Berührungselementes erfolgten Frequenzänderung der am Ausgang des Oszillators vorhandenen Signalfolge eine Umkehrung des am Ausgang der letzten monostabilen Kippschaltung vorhandenen Dauersig nals hervorrufbar ist.
Damit die Schalteinrichtung sowohl bei leitendem als auch bei nichtleitendem Übergang zwischen dem Berührungsele ment und der Standfläche der berührenden Person einwandfrei arbeitet, besteht das Koppelglied vorzugsweise aus einer Serie schaltung eines Schutzwiderstandes und eines Schutzkonden sators, wobei der Schutzwiderstand klein gegen den frequenz bestimmenden Widerstand des Oszillators und die Kapazität des Schutzkondensators gross gegen die Kapazität einer Per son gegen Erde ist, und wobei bei Berührung und nichtleiten dem Übergang zwischen dem Berührungselement und einer
Standfläche diese Kapazität bzw.
die Kapazität des Berüh rungselementes parallel zum frequenzbestimmenden Konden sator des Oszillators geschaltet ist und bei leitendem Übergang der Schutzkondensator über den Hautwiderstand der Person parallel zum frequenzbestimmenden Kondensator liegt, wodurch die Frequenz des Oszillators verkleinert wird.
Um eine besonders kostengünstige Ausführung zu erzielen, ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltein richtung dadurch gekennzeichnet, dass die Schmitt-Trigger des
Oszillators und der monostabilen Kippschaltungen in C-Mos
Logik ausgeführt und in einer integrierten Schaltung zusam mengefasst sind.
Auf beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemässen Schaltein richtung,
Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der an den
verschiedenen Ein- und Ausgängen der Schalteinrichtung auftretenden Spannungen in nichtbetätigtem Zustand und
Fig. 3 das Diagramm gemäss der Fig. 2 bei Betätigung der Schalteinrichtung.
In der Fig. list mit Oz ein Oszillator bezeichnet, der aus einem Schmitt-Trigger STI und einem frequenzbestimmenden RC-Glied Rl/CI besteht. Der Oszillator Oz ist eingangsseitig über ein Koppelglied mit einem aus einer elektrisch leitenden Platte bestehenden Berührungselement e verbunden. Das Kop- pelglied besteht aus einem Schutzwiderstand Rs und einem Schutzkondensator Cs, die in Serie geschaltet sind und den Eingang des Oszillators Oz gegen unzulässige Spannungen schützen. Bei Berühren der Platte e durch eine Person, wird je nach leitendem bzw. nichtleitendem Übergang zwischen der Person und deren Standfläche F entweder der Hautwiderstand RH oder die Kapazität CM der Person wirksam.
Ausgangsseitig ist der Oszillator Oz mit drei in Serie geschalteten monostabilen Kippschaltungen Mf2, Mf3, Mf4 verbunden. Die monostabile Kippschaltung Mf2 besteht aus einem Schmitt-Trigger ST2, dessen Eingang über einen Kondensator C2 am Ausgang des Oszillators Oz angekoppelt und über einen Widerstand R2 und eine Diode D2 mit dem positiven Pol Kl einer weiter nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden ist. Widerstand R2 und Kondensator C2 sind die Zeitglieder der monostabilen Kippschaltung Mf2. Die Diode D2 schützt den Eingang des Schmitt-Triggers ST2 vor der Entladespannung des Kondensators C2.
Die monostabile Kippschaltung Mf3 ist aus einem Schmitt-Trigger ST3 gebildet, dessen Eingang über eine Diode D3 mit dem Ausgang des Schmitt Triggers ST2 verbunden und über einen Kondensator C3 und einen veränderbaren Widerstand R3 am negativen, mit der Standfläche F verbundenen Pol K2 der Spannungsquelle angeschlossen ist. Widerstand R3 und Kondensator C3 sind die Zeit glieder der monostabilen Kippschaltung Mf3. Die Diode D3 verhindert die Entladung des Kondensators C3 über den Ausgang des Schmitt-Triggers ST2. Die monostabile Kippschaltung Mf4 weist den gleichen Aufbau wie die monostabile Kippschaltung Mf3 auf, wobei die betreffenden Elemente mit ST4, D4, C4 und R4 bezeichnet sind und R4 nicht veränderbar ist.
Die Schmitt-Trigger ST1, ST2, ST3 und ST4 sind vorzugsweise in C-Mos-Logik ausgeführt und in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefasst. In den Fig. 2 und 3 bedeuten: ST1 e, STl a der am Eingang bzw. Ausgang des
Schmitt-Triggers STl des Oszillators Oz vorhandene Spannungsverlauf, ST2e, ST2a der am Eingang bzw. Ausgang des
Schmitt-Triggers ST2 auftretende
Spannungsverlauf, ST3e, ST3a der am Eingang bzw. Ausgang des
Schmitt-Triggers ST3 auftretende
Spannungsverlauf, ST4e, ST4a die am Eingang bzw.
Ausgang des
Schmitt-Triggers ST4 vorhandene Spannung,
U die Speisespannung der Schalteinrichtung,
UTo die obere Schwellspannung der
Schmitt-Trigger ST1 bis ST4, UTu die untere Schwellspannung der
Schmitt-Trigger STl bis ST4, UF3 die Flussspannung der Diode D3,
UF4 die Flussspannung der Diode D3, Tl Schwingungsdauer der Oszillatorfrequenz fl, Tl z Schwingungsdauer der verstimmten
Oszillatorfrequenz f1' T2 Zeitdauer des am Ausgang des
Schmitt-Triggers ST2 auftretenden Signales 1 und T3 Zeitdauer des am Ausgang des
Schmitt-Triggers ST3 auftretenden Signales 0.
Die vorstehenden Spannungen bzw. Signale an den Ausgängen der Schmitt-Trigger STI bis ST4 können, wie bei der Bezeichnung von logischen Zuständen bei Digitalschaltungen üblich, die logischen Werte 1 und 0 annehmen, worunter auch Spannung und keine Spannung zu verstehen ist.
Die vorstehend beschriebene Schalteinrichtung arbeitet wie folgt:
In nicht betätigtem Zustand (Fig. 2) möge der Oszillator Oz mit der Freuquenz fl schwingen. Beim Wechsel der Spannung STla von 1 nach 0 , wechselt auch die Spannung ST2e von 1 nach 0 . Dabei überträgt der, durch den vorhergehenden Wechsel der Spannung STI a von 0 auf 1 über D2 entladene Kondensator C2 den Spannungsprung von STI a auf ST2e und wird anschliessend über R2 aufgeladen (Spannungsverlauf ST2e), wodurch am Ausgang des Schmitt-Triggers ST2 ein Signal 1 auftritt, dessen Dauer T2 von den Zeitgliedern C2/R2 und der oberen Schwellspannung UTo abhängig ist.
Die bis zu diesem Zeitpunkt am Eingang des Schmitt-Triggers ST3 abgesunkene Spannung ST3e wird dadurch kurz vor Erreichen der unteren Schwellspannung UTu durch Aufladen des Kondensators C3 auf einen Wert U-UF3 angehoben. Die Zeitglieder C3/R3 sind so bemessen, dass die Spannung ST3e nicht auf die untere Schwellspannung UTu absinken kann, womit die Spannungen ST3a und ST4e dauernd 0 sind und am Ausgang a des Schmitt-Triggers ST4 und damit der Schalteinrichtung, ein Dauersignal 1 vorhanden ist.
Bei Betätigung der Schalteinrichtung (Fig. 3) wird durch Berühren der Platte e die Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators Cl vergrössert, so dass der Oszillator Oz mit einer Frequenz fl' kleiner als fl schwingt. Dabei wird, unter der Voraussetzung, dass der Schutzwiderstand Rs klein gegen den frequenzbestimmenden Widerstand Rt und die Kapazität des Schutzkondensators Cs gross gegen die Kapazität CM einer Person gegen Erde ist, bei nichtleitendem Übergang zwischen der Person und der Standfläche F die Kapazität CM parallel zur Kapazität Cl und bei leitendem Übergang die Kapazität Cs über den Hautwiderstand RH parallel zur Kapazität Cl geschaltet.
Am Ausgang des Schmitt-Triggers ST2 treten die gleichen Signale 1 auf wie bei nicht betätigter Schalteinrichtung, jedoch im zeitlichen Abstand T1'. Die bis zu diesen Zeitpunkten am Eingang des Schmitt-Triggers ST3 abgesunkene Spannung ST3e wird durch Aufladen des Kondensators C3 auf den Wert U-UF3 angehoben, wobei die Spannung ST3a von 1 auf 0 wechselt. Der veränderbare Widerstand R3 sei nun so eingestellt, dass die Spannung ST3e bereits nach einer Zeit T3, welche kleiner ist als Tl', auf die untere Schwellspannung UTu absinkt, so dass die Spannung ST3a am Ausgang des Schmitt Triggers ST3 wieder von 0 nach 1 zurückspringt.
Die während der Dauer der Zeit T3 am Eingang des Schmitt-Triggers ST4 abgesunkene Spannung ST4e wird beim Wechsel der Spannung ST3a von 0 nach 1 durch Aufladen des Kondensators C4 während der Zeitdifferenz Tl '-T3 auf einen Wert U-UF4 angehoben. Die Zeitglieder C4/R4 der monostabilen Kippschaltung Mf4 sind so bemessen, dass die Spannung ST4e innerhalb der Zeitspanne T3 nicht auf die untere Schwellspannung UTu absinken kann, womit am Ausgang ader Schalteinrichtung ein Dauersignal 0 vorhanden ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass sich durch die Anwendung eines RC-Oszillators eine einfache, störungsfrei im NF-Bereich arbeitende Schalteinrichtung ergibt, die aus einer einzigen handelsüblichen, kostengünstigen integrierten Schaltung aufgebaut ist, und die praktisch unabhängig von den Umgebungsbedingungen der berührenden Person anspricht. Die Schalteinrichtung arbeitet ebenfalls bei Einspeisung von Netzfrequenz über die berührende Person bei etwaig vorhandenen Wechselfeldern. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass für den Betrieb der Schalteinrich tung nur eine Gleichspannung im Bereich von 5 bis 15 Volt erforderlich ist.
Es ist möglich aus Kostengründen den Schutzkondensator Cs wegzulassen, wobei bei Berührung der Platte e und leitendem Ubergang zwischen der Person und deren Standfläche F die Schwingung des Oszillators Oz abreissen würde, was ebenfalls als Signal auswertbar wäre. Um das Dauersignal am Ausgang a auf einfache Weise zu invertieren, ist es möglich, anstatt des Vierfach-Schmitt-Triggers einen handelsüblichen, ebenfalls in C-Mos-Logik aufgebauten Sechsfach-Schmitt-Trigger zu ver wenden, wobei das invertierte Dauersignal am Ausgang des fünften Schmitt-Triggers abnehmbar ist.
Anstatt der im Beispiel angenommenen Platte e mit elektrisch leitender Berührungsfläche, kann auch eine solche mit isolierter Berührungsfläche verwendet werden, wobei für die Verstimmung des Oszillators Oz die Kapazität der Platte e über die Person gegen Erde wirksam wird.
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PATENT CLAIMS
1. Touch-controllable switching device for contactless signaling, consisting of an oscillator and a circuit downstream thereof, as well as a touch element serving to influence the oscillator, characterized in that the first Schmitt trigger (STl) and a frequency-determining RC element (RlICl ) formed oscillator (Oz) on the input side via a coupling element (Cs / Rs) to the contact element (e) and on the output side to the circuit formed from series-connected monostable multivibrators (Mf2, Mf3, Mf4), the monostable multivibrators (Mf2, Mf3, Mf4) consist of further Schmitt triggers (ST2, ST3, ST4), to whose inputs timing elements (C2 / R2, C3 / R3, C4 / R4) are connected,
and wherein, by means of a frequency change of the signal sequence (STI a) present at the output of the oscillator (Oz) by touching the contact element, a reversal of the permanent signal present at the output (a) of the last monostable multivibrator (Mf4) can be caused.
2. Switching device according to claim 1, characterized in that the coupling element consists of a series circuit of a protective resistor (Rs) and a protective capacitor (Cs), the protective resistor (Rs) small against the frequency-determining resistor (R1) of the oscillator (Oz) and the The capacitance of the protective capacitor (Cs) is large compared to the capacitance (CM) of a person against earth, and this capacitance (CM) or, when touching and a non-conductive transition between the contact element (e) and a standing surface (F)
the capacitance of the contact element (e) is connected in parallel to the frequency-determining capacitor (C1) of the oscillator (Oz) and, in the case of a conductive transition, the protective capacitor (Cs) is connected in parallel with the frequency-determining capacitor (C1) via the skin resistance (RH) of the person, as a result of which the frequency of the oscillator is reduced.
3. Switching device according to claim 1, characterized in that the Schmitt trigger (ST1, ST2, ST3, ST4) of the oscillator (Oz) and the monostable multivibrators (Mf2, Mf3, Mf4) executed in C-Mos logic and in one integrated circuit are summarized.
The invention relates to a switching device for contactless signaling which can be controlled by touch, consisting of an oscillator and a circuit connected downstream of the latter, and a contact element which serves to influence the oscillator.
In a known capacitive pushbutton switch according to German Patent No. 1 303409, the oscillator is formed from two resonant circuits and a transistor located between them. The base-side resonant circuit consisting of a capacitor and a coil is connected to a probe element. The collector-side resonant circuit, which also has a capacitor and a coil, controls the base of a switching transistor via a further inductively coupled coil in such a way that when the base-side resonant circuit is detuned, the vibration breaks off by touching the sensing element and the vibration occurring at the emitter-collector path of the switching transistor Voltage change in a downstream trigger stage is converted into discrete values.
The disadvantages of this switching device are that LC oscillators are relatively expensive and can often occur as a source of interference. In addition, the capacitive influencing presupposes a non-conductive transition between the person in contact and his or her footprint, which is not always the case.
Another known contactless signal generator after the
German Auslegeschrift No. 1176212 has in the output circuit of a high-frequency oscillator several successively connected, differently tuned resonance circuits, each of which a probe capacitor is assigned in the feedback circuit.
If the touch capacitor consisting of two electrodes and covered by an insulating plate is touched, the oscillator starts to oscillate. Generate inductively at the
Output circuit coupled push-pull modulators one for
Output signal usable switching tasks.
This switching device is also particularly because of the
Use of several coils per resonant circuit is relatively expensive and can due to the high-frequency vibrations
Become a source of interference. A further disadvantage lies in the scanning capacitor consisting of several parts, which, in order to work without a wall, also requires a non-conductive transition between the contact element and the footprint of the person in contact.
The invention has for its object a
Touch-controllable switching device for contactless
To propose signaling, which does not have the above disadvantages and which works both in a non-conductive and in a conductive transition between the contact element and the standing surface of the contact person and is inexpensive.
This object is achieved according to the invention in that the oscillator formed from a first Schmitt trigger and a frequency-determining RC element is connected on the input side via a coupling element to the contact element and on the output side to the circuit formed from monostable flip-flop circuits connected in series, the circuit mono-stable flip-flops consist of further Schmitt triggers, at the inputs of which timing elements are connected, and a reversal of the continuous signal present at the output of the last monostable multivibrator can be caused by means of a frequency change of the signal sequence present at the output of the oscillator by touching the touch element.
So that the switching device works properly with both conductive and non-conductive transition between the contact element and the footprint of the person touching, the coupling element preferably consists of a series circuit of a protective resistor and a protective capacitor, the protective resistor being small against the frequency-determining resistance of the oscillator and the capacitance of the protective capacitor is large compared to the capacitance of a person to earth, and the contact between the contact element and one when touching and not conducting
Footprint this capacity or
the capacitance of the contact element is connected in parallel to the frequency-determining capacitor of the oscillator and, in the case of a conductive transition, the protective capacitor lies in parallel with the frequency-determining capacitor via the skin resistance of the person, as a result of which the frequency of the oscillator is reduced.
In order to achieve a particularly inexpensive embodiment, an embodiment of the switching device according to the invention is characterized in that the Schmitt trigger of the
Oscillators and the monostable multivibrators in C-Mos
Logic executed and summarized in an integrated circuit.
On the accompanying drawings, an embodiment of the invention is shown, which is explained in more detail below. Show it:
1 is a circuit diagram of the Schaltein direction according to the invention,
Fig. 2 is a diagram of the time course of the to
various inputs and outputs of the switching device occurring voltages in the non-actuated state and
Fig. 3 shows the diagram of FIG. 2 when the switching device is actuated.
In the figure, Oz denotes an oscillator which consists of a Schmitt trigger STI and a frequency-determining RC element Rl / CI. The oscillator Oz is connected on the input side via a coupling element to a contact element e consisting of an electrically conductive plate. The coupling element consists of a protective resistor Rs and a protective capacitor Cs, which are connected in series and protect the input of the oscillator Oz against impermissible voltages. When a person touches the plate e, depending on the conductive or non-conductive transition between the person and their standing area F, either the skin resistance RH or the capacitance CM of the person becomes effective.
On the output side, the oscillator Oz is connected to three monostable multivibrators Mf2, Mf3, Mf4 connected in series. The monostable multivibrator Mf2 consists of a Schmitt trigger ST2, the input of which is coupled via a capacitor C2 to the output of the oscillator Oz and connected via a resistor R2 and a diode D2 to the positive pole Kl of a voltage source (not shown). Resistor R2 and capacitor C2 are the timing elements of the monostable multivibrator Mf2. The diode D2 protects the input of the Schmitt trigger ST2 against the discharge voltage of the capacitor C2.
The monostable multivibrator Mf3 is formed from a Schmitt trigger ST3, the input of which is connected via a diode D3 to the output of the Schmitt trigger ST2 and connected via a capacitor C3 and a variable resistor R3 to the negative pole K2 of the voltage source connected to the base F is. Resistor R3 and capacitor C3 are the timing elements of the monostable multivibrator Mf3. The diode D3 prevents the capacitor C3 from discharging via the output of the Schmitt trigger ST2. The monostable multivibrator Mf4 has the same structure as the monostable multivibrator Mf3, the elements in question being designated ST4, D4, C4 and R4 and R4 cannot be changed.
The Schmitt triggers ST1, ST2, ST3 and ST4 are preferably designed in C-Mos logic and combined in a single integrated circuit. 2 and 3 mean: ST1 e, STl a at the input or output of
Schmitt triggers STl of the oscillator Oz existing voltage curve, ST2e, ST2a the at the input or output of the
Schmitt triggers occurring ST2
Voltage curve, ST3e, ST3a the at the input or output of the
Schmitt triggers occurring ST3
Voltage curve, ST4e, ST4a which at the input or
Output of
Schmitt-Triggers ST4 existing voltage,
U the supply voltage of the switching device,
UTo the upper threshold voltage of the
Schmitt trigger ST1 to ST4, UTu the lower threshold voltage of the
Schmitt trigger ST1 to ST4, UF3 the forward voltage of the diode D3,
UF4 the forward voltage of the diode D3, Tl oscillation period of the oscillator frequency fl, Tl z oscillation period of the detuned
Oscillator frequency f1 'T2 period of time at the output of the
Schmitt-Triggers ST2 occurring signals 1 and T3 period of time at the output of the
Schmitt-Trigger 3 signals occurring 0.
The above voltages or signals at the outputs of the Schmitt triggers STI to ST4 can, as is customary when designating logical states in digital circuits, assume the logical values 1 and 0, which also means voltage and no voltage.
The switching device described above works as follows:
In the non-actuated state (FIG. 2), the oscillator Oz may oscillate with the frequency fl. When the voltage STla changes from 1 to 0, the voltage ST2e also changes from 1 to 0. The capacitor C2, discharged by the previous change of the voltage STI a from 0 to 1 via D2, transfers the voltage jump from STI a to ST2e and is then charged via R2 (voltage curve ST2e), whereby a signal 1 at the output of the Schmitt trigger ST2 occurs, the duration T2 of which is dependent on the timing elements C2 / R2 and the upper threshold voltage UTo.
The voltage ST3e which has dropped at the input of the Schmitt trigger ST3 up to this point is thereby raised to a value U-UF3 shortly before the lower threshold voltage UTu is reached by charging the capacitor C3. The timing elements C3 / R3 are dimensioned such that the voltage ST3e cannot drop to the lower threshold voltage UTu, with which the voltages ST3a and ST4e are continuously 0 and a continuous signal 1 is present at the output a of the Schmitt trigger ST4 and thus the switching device .
When the switching device (FIG. 3) is actuated, the capacitance of the frequency-determining capacitor C1 is increased by touching the plate e, so that the oscillator Oz oscillates at a frequency fl 'less than fl. Provided that the protective resistor Rs is small against the frequency-determining resistor Rt and the capacitance of the protective capacitor Cs is large against the capacitance CM of a person to earth, the capacitance CM becomes parallel to the capacitance in the case of a non-conductive transition between the person and the standing area F. Cl and in the case of a conductive transition, the capacitance Cs is connected in parallel with the capacitance Cl via the skin resistance RH.
The same signals 1 occur at the output of the Schmitt trigger ST2 as when the switching device is not actuated, but at a time interval T1 '. The voltage ST3e which has dropped at the input of the Schmitt trigger ST3 up to these points in time is raised to the value U-UF3 by charging the capacitor C3, the voltage ST3a changing from 1 to 0. The variable resistor R3 is now set such that the voltage ST3e drops to the lower threshold voltage UTu after a time T3 which is less than Tl ', so that the voltage ST3a at the output of the Schmitt trigger ST3 jumps back from 0 to 1 .
The voltage ST4e which has dropped at the input of the Schmitt trigger ST4 during the period T3 is raised to a value U-UF4 when the voltage ST3a changes from 0 to 1 by charging the capacitor C4 during the time difference Tl '-T3. The timing elements C4 / R4 of the monostable multivibrator Mf4 are dimensioned such that the voltage ST4e cannot drop to the lower threshold voltage UTu within the period T3, so that a continuous signal 0 is present at the output of the switching device.
The advantages achieved by the invention are, in particular, that the use of an RC oscillator results in a simple switching device which operates without interference in the LF range and is constructed from a single commercially available, inexpensive integrated circuit, and which is practically independent of the ambient conditions appeals to the touching person. The switching device also works when the mains frequency is fed in via the contacting person in the case of any alternating fields. Another advantage is that only a DC voltage in the range of 5 to 15 volts is required for the operation of the switching device.
For cost reasons, it is possible to omit the protective capacitor Cs, the oscillation of the oscillator Oz breaking off when the plate e is touched and the conductive transition between the person and their standing surface F, which would also be evaluable as a signal. In order to easily invert the continuous signal at output a, it is possible to use a commercial six-fold Schmitt trigger, also built in C-Mos logic, instead of the quadruple Schmitt trigger, with the inverted continuous signal at the output of fifth Schmitt trigger is removable.
Instead of the plate e assumed in the example with an electrically conductive contact surface, one with an insulated contact surface can also be used, the capacitance of the plate e via the person against earth being effective for detuning the oscillator Oz.