CH643948A5 - Auf temperaturaenderungen ansprechende einrichtung. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE 15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-

1. Auf Temperaturänderungen ansprechende Einrich- net, dass der Strom durch den Halbleiter der Vorwärtsstrom tung, gekennzeichnet durch eine erste Halbleitervorrichtung durch den als Diode geschalteten Halbleiter ist.

mit einem als Diode geschaltetem Halbleiter (Tr2), der von ei- 16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-

nem Vorwärtsstrom bestimmter Grösse durchflössen ist, und 5 net, dass die thermische Zeitkonstante des genannten Halblei-

eine zweite Halbleitervorrichtung mit einem Transistor (Tr,), ters (Tr2) von derjenigen des Transistors (Tr,) der zweiten welcher ähnliche elektrische Eigenschaften wie der Halbleiter Halbleitervorrichtung abweicht.

aufweist, wobei ein Anschluss des Halbleiters mit der Basis 17. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch des Transistors verbunden ist und das Ansprechen der Ein- Mittel zum Ändern des Wertes des ersten Widerstandes oder richtung auf eine Temperaturdifferenz zwischen dem Halblei- 10 des zweiten Widerstandes, so dass sich der Kollektorstrom ter und dem Transistor durch Feststellen der Änderung des des Transistors (Tr,) der zweiten Halbleitervorrichtung

Kollektorstromes des Transistors erfolgt. ändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2,6,7,8,9, dass der genannte Halbleiter ein als Diode geschalteter weite- 10,11,12,14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ther-rer Transistor (Tr2) ist. 15 mische Zeitkonstante der ersten Halbleitervorrichtung von

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, derjenigen des Transistors (Tr,) der zweiten Halbleitervor-dass die Anode des Halbleiters (Tr2) mit der Basis des Transi- richtung abweicht.

stors(Tr,) verbunden ist. 19. Einrichtung nach einen der Ansprüche 11,12, Moder

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15, gekennzeichnet durch Mittel zum Ändern des Wertes des dass die Kathode des Halbleiters mit der Basis des Transistors 20 ersten Widerstandes oder des zweiten Widerstandes, so dass (Tr,) verbunden ist. sich der Kollektorstrom des Transistors der zweiten Halblei-

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet, tervorrichtung ändert.

durch einen einen konstanten Strom abgebenden Stromkreis 20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11,12,14 oder

(8), der in Reihe zur ersten Halbleitervorrichtung (Tr2) ge- 15, gekennzeichnet durch Mittel zum Ändern des Wertes des schaltet ist. 25 ersten oder zweiten Widerstandes, so dass sich der Kollektor-

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei- ström des weiteren Transistors (Tr2) ändert.

nen eine Spannungsquelle (V) mit einem der Anschlüsse der 21. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-ersten Halbleitervorrichtung (Tr2) verbindenden ersten Wi- net, dass die erste Halbleitervorrichtung einen zweiten Transi-derstand (R8) und einen die genannte Spannungsquelle mit stor (Tr3) enthält, dass der zweite Transistor ähnliche elektri-dem Emitter des Transistors (Tr,) verbindenden zweiten Wi- 30 sche Eigenschaften wie der Transistor (Tr,) der zweiten Halbderstand (RIO), wobei die Werte des ersten Widerstandes und leitervorrichtung und eine andere thermische Zeitkonstante des zweiten Widerstandes etwa gleich gross sind. als der Transistor (Tr,) der zweiten Halbleitervorrichtung

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, aufweist, dass die Basis des zweiten Transistors (Tr3) mit der dass das Produkt aus dem Wert des ersten oder zweiten Wi- Basis des Transistors (Tri) der zweiten Halbleitervorrichtung derstandes mal den Vorwärtsstrom durch den Halbleiter (Tr2) 35 verbunden ist und dass Mittel (5', R15, R15') zum Feststellen den Wert 0,06 Ohm ■ A übersteigt. der durch Temperaturveränderung bedingten Differenz zwi-

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch ge- sehen dem Kollektorstrom des zweiten Transistors (Tr3) und kennzeichnet, dass das Produkt aus dem Wert des ersten oder dem Kollektorstrom des Transistors (Tr,) der zweiten Halb-zweiten Widerstandes mal den Kollektorstrom des weiteren leitervorrichtung vorhanden sind.

Transistors (Tr2) den Wert 0,06 Ohm ■ A übersteigt. 40

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich-dass der erste Widerstand (R8) zwischen der Anode des Halb- net, dass der genannte Halbleiter ein als Diode geschalteter leiters und der Spannungsquelle angeschlossen ist. weiterer Transistor (Tr2), und dass die Basis des weiteren

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- Transistors mit der Basis des Transistors (Tr,) der zweiten net, dass der erste Widerstand (R8) zwischen der Kathode des 45 Halbleitervorrichtung und der Basis des zweiten Transistors Halbleiters und der Spannungsquelle angeschlossen ist. (Tr3) verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 23. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich-einen eine Spannungsquelle (V) und den Emitter des weiteren net, dass die Kathode oder die Anode des genannten Halblei-Transistors (Tr2) verbindenden ersten Widerstand (RI 1) und ters mit der Basis des Transistors (Tr,) der zweiten Halbleitereinen die Spannlingsquelle mit dem Kollektor des erstgenann-50 Vorrichtung und der Basis des zweiten Transistors (Tr3) ver-ten Transistors (Tr,) verbindenden zweiten Widerstand (R7), bunden ist.

wobei die Werte des ersten Widerstandes und des zweiten Widerstandes etwa gleich gross sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus dem Wert des ersten oder zweiten 55 Die Erfindung betrifft eine auf Temperaturänderungen Widerstandes mal den Kollektorstrom des weiteren Transi- ansprechende Einrichtung.

stors (Tr2) den Wert 0,06 Ohm • A übersteigt. Solche Einrichtungen werden im Allgemeinen in elektro-

13. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 11, dadurch ge- nischen Feuermeldern verwendet. Es ist bekannt, dass der am kennzeichnet, dass ein Vergleichsstromkreis (5) mit einem ei- P-N-Übergang einer Halbleiterdiode auftretende Spannungs-nen PN-Übergang aufweisenden Schaltelement (SCR2) vor- 60 abfall in der Durchlassrichtung (nachstehend Vorwärtsspan-handen ist, und dass der Vergleichsstromkreis so ausgebildet nung genannt) über einen weiteren Temperaturbereich linear ist, dass er ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Differenz ändert, wenn der Strom in der Durchlassrichtung (nachste-zwischen dem Strom durch den Halbleiter (Tr2) und dem Kol- hend Vorwärtsstrom genannt) konstant gehalten wird. Des-lektorstrom des Transistors (Tr,) der zweiten Halbleitervor- halb kann eine Halbleiterdiode als Temperaturfühlelement richtung einen Sollwert übersteigt. 65 mit stabilen und zuverlässigen Eigenschaften verwendet wer-

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- den. Die Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung eines Beinet, dass der Strom durch den Halbleiter der Kollektorstrom spiels einer typischen Vorwärtsspannungseigenschaft einer eines bzw. des weiteren Transistors (Tr2) ist. Halbleiterdiode in Abhängigkeit der Temperatur.

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Verschiedene von bekannten auf Temperaturänderungen Einrichtung nach dem Einschalten derselben erst nach Ablauf ansprechende Einrichtungen nützen derartige Eigenschaften der langen Zeitkonstante des Differenzierungsstromkreises von Halbleiterdioden aus. Ein Rückblick auf diese bekannten betriebsbereit. Dies bedeutet, dass die Einrichtung nicht so-

Einrichtungen erleichtert das Verständnis des Zieles und der fort nach deren Einschalten ihre Funktion als Temperaturü-

Vorteile der erfindungsgemässen Einrichtung. s berwacher ausführen kann, was ausgerechnet für eine Ein-

Die Fig. 2 zeigt das Blockschema einer bekannten auf richtung zum Feststellen von Feuer sehr unangenehm ist.

Temperaturänderungen ansprechenden Einrichtung. Ein Sen- Weiter sind Temperatursensoren zum Feststellen von sorstromkreis 1 umfasst eine Diode D1 und einen Widerstand Feuer oder des Auftretens von extremer Hitze bekannt, bei

Rl, welcher den Vorwärtsstrom, der durch den Sensorstrom- denen die absolute Temperatur festgestellt wird. Ein solches kreis 1 fliesst, bestimmt. Ein Bezugsspannungsstromkreis 2 io Gerät ist in der US-Patentschrift 4 071 813 beschrieben. Bei enthält einen Widerstand R2, variable Widerstände VR, und dieser bekannten Ausführung wird die Differenz zwischen

VR2 sowie eine Z-Diode VZ,. Der Bezugsspannungsstrom- den Basis-Emitterspannungen von ausgesuchten Transistoren kreis 2 erzeugt zwei Arten von Bezugsspannungen V1 und V2. benützt um eine zur absoluten Temperatur direkt proportio-Die Bezugsspannung V, weicht weniger ab von der Vorwärts- nalen Ausgangsspannung zu erzeugen. Die beiden Transisto-

spannung Vo der Diode D, des Sensorstromkreises 1 als die is ren werden mit unterschiedlichen Stromdichten betrieben und

Bezugsspannung V2. Ein Verstärkerstromkreis 3 umfasst ei- auf der gleichen Temperatur gehalten. Eine derartige Technik nen Verstärker A, und zwei Widerstände R3 und R4. Er ver- erfordert ganz generell genaues Anpassen der Stromkreisele-

stärkt die zwischen der Ausgangsspannung Vo des Sensor- mente und eine präzise Justierung. Dies ist insbesondere er-stromkreises 1 und der Ausgangsspannung V! des Bezugspan- forderlich, wenn die Einrichtung eine streng lineare Aus-

nungsstromkreises 2 auftretende Spannungsdifferenz. Ein 2° gangsspannung abgeben soll, die direkt zur Anzeige auf einer

Differenzierstromkreis 4 enthält einen Kondensator Cv und Skala benützt wird.

einen Widerstand R5 und erzeugt eine zur Änderungsge- Im Gegensatz dazu soll die erfindungsgemässe Einrich-schwindigkeit der Ausgangsspannung des Verstärkerstrom- tung keine solche präzisen Einstellungen und kein Transistorkreises 3 proportionale Ausgangsspannung. paar erfordern, welche Transistoren mit der gleichen Strom-

Ein einen Verstärker A2 enthaltender Komparator 5 ver- 25 dichte arbeiten, wenn sie den gleichen Temperaturen ausge-

gleicht die Ausgangsspannung des Differenzierstromkreises 4 setzt sind.

mit der Bezugsspannung V2, die vom Bezugsspannungsstrom- Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine verbesserte auf kreis 2 erzeugt wird. Der Komparator 5 erzeugt eine Aus- Temperaturänderung ansprechende Einrichtung zu schaffen, gangsspannung, wenn die Ausgangsspannung des Differen- in welcher der P-N-Übergang eines Halbleiters als Sensorzierstromkreises 4 grösser wird als die Bezugsspannung V2. 30 diode genützt wird. Darüber hinaus soll der Aufbau verein-Ein Schaltstromkreis 6 enthält einen Thyristor SCR, und facht und die Herstellungskosten gesenkt werden.

zwei Widerstände R6 und R7. Der Thyristor SCR, wird in Die Einrichtung soll zuverlässiger als die bisher bekann-Abhängigkeit der Ausgangsspannung des Komparators 5 . ten Einrichtungen dieser Art sein.

leitend und erregt eine Alarmvorrichtung 7. Die graphische Die erfindungsgemässe Einrichtung ist durch die im kenn-

Darstellung der Temperatur- und Spannungsverläufe sowie 35 zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merk-

Betriebszustände ist aus der Fig. 3 ersichtlich. male gekennzeichnet.

Eine auf Temperaturänderungen ansprechende Einrich- Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug-

tung der oben beschriebenen und in der Fig. 2 dargestellten nähme auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es

Art besitzt einige Nachteile, die in direktem Zusammenhang zeigen:

mit den Eigenschaften der Halbleiterdiode stehen. Die durch 40 Fig. 1 Die graphische Darstellung der Vorwärtsspan-

Temperaturänderungen hervorgerufene Geschwindigkeit der nungseigenschaften einer Halbleiterdiode in Abhängigkeit

Spannungsänderungen der Sensordiode ist gewöhnlich sehr der Temperatur,

klein im Vergleich mit der Vorwärtsspannung der Diode. Es Fig. 2. Das Blockschema einer bekannten auf Temperaist daher unbedingt erforderlich, eine genaue Referenzspan- turänderungen ansprechenden Einrichtung,

nung vorzusehen, die nicht durch Temperaturänderungen be- 45 Fig. 3. Die graphische Darstellung von Betriebszuständen einflusst wird. Um die Differenz zwischen der Bezugsspan- der Einrichtung gemäss der Fig. 2,

nung und der Vorwärtsspannung der Sensordiode einwand- Fig. 4. Ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels der frei feststellen zu können. Eine Bezugsspannung, die nicht erfindungsgemässen Einrichtung,

durch Temperaturänderungen beeinflusst wird, kann erreicht Fig. 5 Einen Querschnitt durch eine aufWärme anspre-

werden, wenn beispielsweise ein sehr teurer Stromkreis zur 50 chende Einrichtung, in welcher Minipressform-Transistoren

Erzeugung der Bezugsspannung verwendet wird. an verschiedenen Stellen verwendet werden,

Weil die Vorwärtsspannung von einer Halbleiterdiode zur Fig. 6. Die perspektivische Darstellung einer Ausfüh-anderen in gewissen Grenzen unterschiedlich ist, müssen diese rungsform eines Wärmekollektors,

Änderungen durch Mittel zum Einstellen der Bezugsspan- Fig. 7. Die schaubildliche Darstellung eines Minipress-nung in jeder Einrichtung kompensiert werden. Dies erfordert55 form-Transistors,

zusätzlich eine Eichung jeder Einrichtung, wodurch die In- Fig. 8. Die schaubildliche Darstellung des Minipressform-

stallation und die Verwendung unnötig kompliziert ist. Ein Transistors und eines Transistorhalters,

weiteres Problem ist die Notwendigkeit eines auf die Ände- Fig. 9. Eine aufWärme ansprechende Einrichtung bei rungsgeschwindigkeit ansprechenden Stromkreises, d.h. eines welcher ein Transistor normaler Grösse anstelle eines Mini-

Differenzierungsstromkreises, um die Geschwindigkeit der 60 pressform-Transistors verwendet wird,

Temperaturänderung festzustellen, nämlich die Temperatur- Fig. 10. Die graphische Darstellung von Betriebszustän-

anstiegsgeschwindigkeit. Es ist allgemein bekannt, dass der den der Einrichtung gemäss der Fig. 4,

Differenzierungsstromkreis eine Zeitkonstante von wenig- Fig. 11. Das Blockschema eines weiteren Ausführungsbei-

stens einigen Minuten aufweisen muss, um wirksam Feuer spieles der erfindungsgemässen Einrichtung,

feststellen zu können. Zur Realisierung solch langer Zeitkon- 65 Fig. 12a und 12b Anschlussschemas eines Transistors, die stanten ist es notwendig, Kondensatoren und Widerstände die Basis-Emitter-Spannungen I und II veranschaulichen,

mit grossen Werten zu benützen. Wenn der Differenzierungs- Fig. 13. Das Schaltschema einer modifizierten Ausfüh-

stromkreis eine so grosse Zeitkonstante aufweist, so ist die rung der Einrichtung gemäss der Fig. 11,

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Fig. 14a. Die schematische Darstellung eines Thyristors,

Fig. 14b. Die Ersatzschaltung des Thyristors gemäss der Fig. 14a,

Fig. 15. Die graphische Darstellung der Durchbruchspan-nungseigenschaften eines Thyristors und

Fig. 16. Das Schaltschema eines weiteren Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung.

Die Fig. 4 zeigt das Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung. Ein Sensorstromkreis 1 umfasst zwei Transistoren Trt und Tr2 mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften und zur selben Zeit unterschiedliche thermische Zeitkonstanten sowie fünf Widerstände R7, Rg, R9, R10 und Rn. Es wird nachstehend angenommen, dass die thermische Zeitkonstante des Transistors Tr2 so ausgewählt ist, dass die thermische Zeitkonstante desselben grösser ist als jene des Transistors Tr]. Der Kollektor und die Basis des Transistors Tr2 sind miteinander verbunden, so dass der Transistor Tr2 wie eine Diode wirkt. Ein Komparator 5 enthält einen N-Tor-Thyristor SCR2 und drei Widerstände RI2, R13 und R14. Der Komparator 5 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Differenz zwischen den beiden Ausgangssignalen des Sensorstromkreises 1, einen Sollwert überschreiten. Die beiden Ausgangssignale des Sensorstromkreises 1 sind die an den Widerständen R7 und R8 auftretenden Spannungsabfälle. Ein Schaltstromkreis 6 enthält einen Thyristor SCR3, der auf die Ausgangsspannung des Kompa-rators 5 anspricht und eine Alarmvorrichtung 7 einschaltet, die daraufhin ein Alarmsignal erzeugen.

Die Fig. 5-9 haben Bezug auf Einrichtungen zum Erhalten der zwei Transistoren Tr, und Tr2 mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften aber unterschiedlichen thermischen Zeitkonstanten.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine aufWärme , ansprechende Vorrichtung, wobei Minipressform-Transistoren Tr! und Tr2 an verschiedenen Stellen angeordnet sind, der Transistor Tr! eine thermische Zeitkonstante von weniger als einer Minute und der Transistor Tr2 eine thermische Zeitkonstante von wenigen Minuten bis 10 Minuten aufweist. Die thermische Zeitkonstante des Transistors Tr2 ist durch seine Lage auf einer Leiterplatte 16 bezüglich der Lage des Transistors Tri bestimmt. Insbesondere, wenn gewünscht wird, dass die thermische Zeitkonstante des Transistors Tr2 nur einige Minuten ist, so wird der Transistor Tr2 in der Nachbarschaft des Transistors Tr; angeordnet. Wenn der Transistor Tr2 so, wie in der Fig. 5 dargestellt, auf der Leiterplatte 16 angeordnet ist, dann besitzt der Transistor Tr2 eine thermische Zeitkonstante von etwa 10 Minuten.

Es sei bemerkt, dass ein Wärmekollektor 20 und ein Schutzrohr 18 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem kleinen spezifischen Gewicht, wie Allu-minium oder einer Alluminiumlegierung, hergestellt sind. Wenn eine gute Korrosionsbeständigkeit notwendig ist, so kann rostfreier Stahl oder Titan verwendet werden. Das Gehäuse ist aus Kunststoff hergestellt.

Die Fig. 6 zeigt die perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles des Wärmekollektors 20 und die Fig. 7 zeigt die perspektivische Darstellung eines Minipressform-Transistors 24. Aus der Fig. 8 ist die Anordnung des Minipressform-Transistors 24 und eines Transistorhalters 18 ersichtlich. Die Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine auf Wärme ansprechende Vorrichtung, bei welcher der Transistor Tri ein Transistor normaler Grösse anstelle des obengenannten Minipressform-Transistors ist.

Gemäss der Fig. 5 ist der Minipressform-Transistor Tr2 in einem Gehäuse 10 angeordnet, das wie obenerwähnt aus Kunststoff hergestellt ist. Das Gehäuse 10 ist mit einem metallischen Schutzrohr 12 durch ein Klebemittel 14 verbunden. Innerhalb des Schutzrohres ist die Leiterplatte 16 angeordnet,

auf welcher der Transistorhalter 18 mit dem Minipressform-Transistor Tr] befestigt ist. Der in der Fig. 6 gezeigte Wärmekollektor 20 ist scheibenförmig und besitzt eine zentrale Öffnung, durch die sich das geschlossene Ende des Schutzrohres 512 erstreckt.

Minipressform-Transistoren sind allgemein bekannt und ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 7 und die Verbindung des Minipressform-Transistors mit dem Transistorhalter 18 ist in der Fig. 8 dargestellt. Der Minipressform-Transistor ist io eine Halbleitervorrichtung mit 3 Anschlüssen 21,22 und 23, die auf der Aussenseite eines Gehäuses 24 aus Kunststoff angeordnet sind. Der Transistorchip 26 ist innerhalb des Gehäuses 24 untergebracht und über die Anschlussdrähte 28 mit den vorangehend genannten Anschlüssen verbunden. Der Transi-i5 stor kann entweder ein npn- oder ein pnp-Typ sein. Der Minipressform-Transistor Tri ist auf einem keramischen Transistorhalter 18 mit 3 Anschlussteilen 21 ', 22' und 23' angeordnet, welche Anschlüsse den Anschlüssen 21,22 und 23 des Minipressform-Transistors entsprechen. Von den genannten An-20 schlussteilen erstrecken sich Anschlussdrähte nach aussen, welche zum Verbinden mit der Leiterplatte 16 bestimmt sind.

Anstelle des Minipressform-Transistors kann auch ein gewöhnlicher Transistor verwendet werden. Dies ist in der Fig. 9 dargestellt, wobei dieselben Elemente wie bei der Ausfüh-25 rung gemäss der Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Lediglich die Anordnung des Wärmekollektors 20 ist unterschiedlich und an den gewöhnlichen Transistor Tr, angepasst.

Nachstehend ist die Arbeitsweise des Sensorstromkreises 30 beschrieben.

Wenn zwei Transistoren Tr] und Tr2 mit identischen Eigenschaften gleichen Bedingungen ausgesetzt werden und der Kollektorstrom der Transistoren mit I, und I2 bezeichnet wird, so kann die Differenz zwischen den Basis-Emitter Span-35 nungen VBE] und VBE2, d.h. die Vorwärtsspannung des PN-Überganges jedes Transistors mit der nachfolgenden Gleichung angegeben werden.

kT I

4°VBE2-VBE1= in(-^. )

q L

(i)

Wobei k die Bolmannsche Konstante, T die absolute Temperatur und q die Elektronenladung ist. Die Gleichung 45 (1) kann aus der folgenden allgemeinen Gleichung abgeleitet werden, welche durch die elektrischen Eigenschaften eines PN-Überganges einer Diode gegeben ist.

qv

I = Is(e— v kT

1)

(2)

50

Wobei Is der Umkehrsättigungsstrom eines PN-Übergan-ges und V die am PN-Übergang gemessene Spannung ist. In dem Sensorstromkreis 1 gilt die folgende Beziehung

55 VBEi + Ii • Rio — VBE2 + I2 • Ri

(3)

Wenn angenommen wird, dass die Transistoren Tr, und Tr2 identische Eigenschaften und den gleichen Verstärkungsfaktor aufweisen, dass die Speisespannung E (V+, V—) genügend gross und die Bedingung, dass die Summe der Widerstände R8 + R9 viel grösser ist als der Widerstand R, i, erfüllt ist, und dass weiter der Strom I2 durch die Beziehung I2 = E/(Rg + R9) gegeben ist und wenn die Transistoren Tr, und Tr2 die gleiche Temperatur aufweisen, so kann die folgende 65 Beziehung aus der Gleichung (1) hergeleitet werden.

= (I,-R,o-I2-R„) (4)

Ii kT

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Wenn in der Gleichung (4) der Widerstand R,0 gleich dem Widerstand R,, ist, so gilt E

Ii = h — (5)

1 2 R8 + R9

Die Gleichung (5) setzt voraus, dass die beiden Ströme I] und I2 identisch und unabhängig von der Temperatur konstant sind. Es sei nun angenommen, dass die Temperatur des Transistors Tr] um einen gewissen Wert AT (Grad) höher ist als die Temperatur des Transistors Tr2. In diesem Fall kann die Änderung der Basis-Emitterspannung VBE1 des Transistors Tr, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

kT AI,

AVBE1 = VBE,(T) AT + Vbei(Ii) AI, = CAT + — (6)

q I2

Wobei T die Temperatur des Transistors Tr2 und die Temperaturdifferenz zwischen den Transistoren Tr, und Tr2 sehr gering ist und nur die Basis-Emitterspannung VBE! des Transistors TR, ändert. Es sei weiter angenommen, dass die Kollektorströme I, und I2 der Transistoren Tr, Tr2 von den Veränderungen derselben abhängig sind, wobei I2 = I,o und I, = I,0 + AI,. Wenn andererseits die rechte Seite der Gleichung (3) konstant ist, so ergibt sich die folgende Gleichung

AVgE, + AI, • R,o — 0

(7)

Daraus folgt, dass die folgende Beziehung zwischen AT und AI| aus den beiden Gleichungen (6) und (7) durch Eliminierung der Basis-Emitterspannung VBE, abgeleitet werden kann.

CAT

AI, =

= A AT

(8).

RioO

kT

I2R10

+ 1)

Wobei A ein Koeffizient ist, der die Änderungsgeschwindigkeit des Kollektorstromes I, des Transistors Tr, pro Einheit der Temperaturänderung angibt, wenn eine gewisse Temperaturdifferenz zwischen den beiden Transistoren Tr, und Tr2 vorhanden ist. Die temperaturabhängige Eigenschaft des Koeffizienten A basiert auf dem ersten Term des Denomina-tors, der kleiner wird, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn I2 ( = I m) und R,0 ( = R,,) so ausgewählt sind, dass das Produkt von I2 und R,0 (I2 x R,0) innerhalb annehmbaren Grenzen liegt, so kann die Temperaturabhängigkeit im wesentlichen vernachlässigbar klein sein innerhalb des für die praktische Anwendung der Einrichtung vorgesehenen Temperaturbereiches, zum Beispiel für Feuermelder, von 0°C-100°C oder 273°k-373°K. Die Temperaturabhängigkeit kann wie nachstehend beschrieben noch mehr verkleinert werden, durch Auswahl der Werte des Widerstandes R,0 und des Stromes I2 um die Temperaturabhängigkeit des im Komparator 5 verwendeten Sensorelements zu kompensieren.

In der Gleichung (8) sind K und q physikalische Konstanten und haben den Wert von 1,38054 x 10~23(j-K~')und 1,60210 x 10_lo(c). Der Wert des Widerstandes R,o ist 5 kOHm, der Strom I2 ( = I,o) beträgt 15 ^A und das Produkt (R,0 • I2) ist 0,075 und der Wert des Koeffizienten A beträgt etwa 0,92 bei 100°C (373°k), wenn der Koeffizient A bei einer Temperatur von 0°C (273°K) als Einheit angenommen wird. Wenn der Wert des Produktes (R,0 • I2) 0,06 betragen soll, so ist der Wert des Koeffizienten A bei 1Ö0°C (373°K) 0,9. Dies bedeutet, dass wenn der Wert des Produktes (R,0 • I2) so gewählt ist, dass es grösser als 0,06 (R,0 ■ I2) > 0,06 ist, so ist der temperaturbedingte Fehler kleiner als 10% über dem Temperaturbereich von 0°C (273°K) bis 100°C (373°K). Mit diesem

Fehlerwert von 10% können die Anforderungen für einen Feuermelder zufriedenstellend erfüllt werden.

Die Arbeitsweise der in der Fig. 4 dargestellten Einrichtung ist nachstehend im einzelnen beschrieben. Es sei angenommen, dass der Widerstand R7 den gleichen Wert wie der Widerstand R8 und ebenso der Widerstand R10 den gleichen Wert wie der Widerstand R,, aufweist, d.h. R7 = R8 und R,0 = R,,. Wenn die Temperatur des Transistors Tr, und die Temperatur des Transistors Tr2 gleich sind, so sind die Kollektorströme I, und I2 identisch und werden unabhängig von der Temperatur konstant gehalten, wie dies aus der Gleichung (5) ersichtlich ist. Weil die Widerstände R7 und Rg gleich sind, so ist jeder Spannungsabfall V, und V2 über den Widerständen R7 und R8 gleich gross. Dementsprechend wird kein Ausgangssignal vom Komparator 5 an den Schaltstromkreis 6 abgegeben, d.h. der Schaltstromkreis 6 wird nicht betätigt. Beide Transistoren Tr, und Tr2 können auf gleiche Weise einem langsamen Temperaturwechsel, d.h. einer nor-2Q malen Raumtemperaturänderung, folgen und das Resultat ist, dass keine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Transistoren Tr, und Tr2 auftritt und dass die Einrichtung keinen Alarm auslöst.

Wenn andererseits die Umgebungstemperatur durch Aus-25 bruch eines Feuers schnell ansteigt, so wird die Temperatur des Transistors Tr, dem Raumtemperaturwechsel schnell folgen, weil er eine kleine thermische Zeitkonstante aufweist. Der Transistor Tr2 kann jedoch dem schnellen Umgebungstemperaturwechsel nicht folgen, weil er eine grosse thermische 30 Zeitkonstante aufweist. Die Folge davon ist, dass eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Transistoren Tr, und Tr2 auftritt, welche bewirkt, dass der Kollektorstrom I, des Transistors Tr, in Übereinstimmung mit der Gleichung (8) ansteigt. Das Ansteigen des Kollektorstromes I, hat einen 35 grösseren Spannungsabfall V, über dem Widerstand R7 zur Folge, was zu einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Spannungsabfällen V! und V2 führt. Wenn diese Spannungsdifferenz einen Sollwert überschreitet, so erzeugt der Komparator 5 ein Ausgangssignal um den Schaltstromkreis 6 zu 40 steuern, der seinerseits die Alarmvorrichtung 7 betätigt. Die graphische Darstellung der Betriebszustände jedes Stromkreises und der Verlauf der Temperatur sind in der Fig. 10 zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Einrichtung enthalten. Die Fig. 11 zeigt das Schaltschema eines zweiten Aus-45 führungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung. Im Vergleich zum obenbeschriebenen Sensorstromkreis ist bei diesem Sensorstromkreis 1 zusätzlich eine einen Feldeffekttransistor FET und einen Widerstand R9 enthaltende Konstantstromquelle 8 vorgesehen, die in Reihe zum Transistor 50 Tr2 geschaltet ist um die Änderungen des Stromes I2 (=I,0) zu beseitigen, welche Änderungen von den Schwankungen der Speisespannung herrühren. Dadurch wird die Arbeitsweise des Sensorstromkreises 1 stabilisiert.

In den vorangehend beschriebenen Ausführungen sind 55 npn-Transistoren vorhanden, es können aber auch pnp-Tran-sistoren verwendet werden.

Aus der obigen Beschreibung ist klar ersichtlich, dass die erfindungsgemässe auf Temperaturänderungen ansprechende Einrichtung viele Vorteile wie vereinfachter Aufbau, grössere 60 Lebensdauer und höhere Zuverlässigkeit als bisher bekannte Einrichtungen dieser Art besitzt.

Obwohl die obenbeschriebenen Einrichtungen einen grundsätzlichen Vorteil aufweisen, kann ihre zuverlässige Betriebsweise durch Spannungsschwankungen des Speisegerätes 65 oder Änderungen der Eigenschaften der benützten Transistoren gestört werden. Diese Einrichtungen werden daher insbesondere dort verwendet, wo stabilisierte Speisegeräte vorhanden sind.

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Bei der Einrichtung gemäss Fig. 11 kann der Strom I2 sehen Basis-Emitterspannungen VBE_„ ebenfalls dieselbe Ba-

durch die Konstantstromquelle 8 genau konstant gehalten sis-Emitterspannung VBE_j aufweisen, wenn diese aus der glei-

werden, ohne Rücksicht auf Schwankungen der Speisespan- chen Herstellungsserie ausgewählt werden.

nung (V+, V—), jedoch der Strom Ii wird nach wie vor von Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispieles ist die spezielle den Schwankungen der Speisespannungen beeinflusst. Diese 5 Art der Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen den Änderungen des Stromes I, kann Betriebsstörungen der Ein- Transistoren Tr] und Tr3 wobei die Temperaturdifferenz zwi-richtung verursachen, weil die auf Temperaturänderungen sehen den Transistoren Tr, und Tr2 und ebenso die Temperaansprechende Einrichtung die Temperaturänderungen durch turdifferenz zwischen den Transistoren Tr2 und Tr3 in einer Überwachung der Differenz zwischen den Kollektorströmen ersten Phase ermittelt und danach die beiden ermittelten Dif-I] und I2 der betreffenden Transistoren Tr] und Tr2 feststellt, io ferenzen verglichen werden, um die Temperaturdifferenz zwi-

Andererseits unterscheidet sich die Basis-Emitterspan- sehen den Transistoren Tri und Tr3 in der zweiten Phase zu nung VBE, wenn der Transistor entsprechend den Schaltbil- erhalten. Das Durchführen einer solchen Differenzierfunk-dern gemäss den Fig. 12a und 12b geschaltet wird, in diesem tion ermöglicht es, Betriebsstörungen zu vermeiden, die durch Fall ist VBE_] nicht gleich gross VBE_u. Die Basis-Emitterspan- die Differenz zwischen der Basis-Emitterspannung VBE_„ des nung VBE eines Transistors unterscheidet sich gegenüber ei- is Transistors Tr2 und der Basis-Emitterspannung VBE_, der beinern anderen in Abhängigkeit der Herstellungsserie oder un- den Transistoren Tri und Tr3 hervorgerufen werden. Wenn terschiedlichen kritischen Herstellungsbedingungen. Weil die anstelle des Transistors Tr2 eine Diode in dem obenbeschrie-Arbeitsweise der auf Temperaturschwankungen ansprechen- benen Stromkreis verwendet wird, so wird die Anode (oder den Einrichtungen wie obenbeschrieben auf dem Feststellen Kathode) mit der Basis der Transistoren Tr, und Tr3 verbunder Differenz zwischen den Kollektorströmen basiert, bewir- 2<> den, während die Kathode (oder Anode) der Diode an das ken durch Unterschiede der Basis-Emitterspannungen er- eine Ende des Widerstandes R,, angeschlossen wird.

zeugte Änderungen der Kollektorströme Änderungen der Nachstehend wird angenommen, dass die Umgebungs-

Differenz zwischen den Kollektorströmen auch dann, wenn temperato um beide Transistoren Tri und Tr3 gleich ist und der Kollektorstrom I, (oder I2) auf den gleichen Wert für jede dass die Widerstände R]0, Ri i und Rr5 gleiche Werte aufwei-

Einrichtung eingestellt ist. Dies ist der Grund, weshalb die 25 sen. Die Differenz zwischen den Strömen I2 und I,, nämlich

Temperaturansprecheigenschaften dieser Einrichtungen un- (Ii—I2), ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen terschiedlich sind. den Transistoren Tr, und Tr2, und dementsprechend weist die

Es sei angenommen, dass bei der Einrichtung gemäss der Differenz zwischen den Strömen I3 und I2, nämlich (I3-I2), ei-

Fig. 11 die beiden Transistoren Tr, und Tr2 die gleiche Tem- nen Wert auf, der proportional zur Temperaturdifferenz zwi-peratur aufweisen und dass die Werte der beiden Widerstände 30 sehen den Transistoren Tr2 und Tr3 ist. Als Folge davon er-

Rio und R,, gleich sind. Wenn die Basis-Emitterspannung gibt sich, dass die Ströme I] und I3 den gleichen Wert aufwei-

Vbe-ii des Transistors Tr2 identisch ist zur Basis-Emitterspan- sen. Es sei weiter angenommen, dass die thermischen Zeit-

nung VBE_j des Transistors Tr, so müssen die Kollektor- - konstanten der Transistoren Tr, und Tr2 identisch sind, und ströme I2 und Ij der Transistoren Tr2 und Tri gleich sein, weil dass die thermische Zeitkonstante des Transistors Tr3 so ge-

die Basis-Emitterspannung VBE_i theoretisch identisch ist mit 35 wählt ist, dass sie von jener der Transistoren Tri und Tr2 ab-

der Basis-Emitterspannung VBE_n. Daraus folgt, dass wenn weicht. Der Wert des Stromes I] wird daher unvermeidlich die Transistoren mit identischen Werten der Basis-Emitter- vom Wert des Stromes I3 abweichen bis alle Transistoren Tr,, Spannung VBE ausgesucht werden, und der Strom I, jeder Ein- Tr2 und Tr3 thermisch gesättigt sind. Dadurch wird eine richtung so eingestellt wird, dass sie gleich sind, so ist die An- Spannungsdifferenz zwischen der Spannung Vb über dem Wi-

sprechempfindlichkeit jeder Einrichtung einheitlich. 40 derstand R7 und der Spannung Vc über dem Widerstand R, 5-

Tatsache ist, dass die Basis-Emitterspannung VBE_n ganz erhalten, welche Spannungen im Komparator 5' verglichen allgemein nahezu gleich oder grösser ist als die Basis-Emitter- werden. Wenn die Spannungsdifferenz einen Sollwert Überspannung VBE-i und dass das Verhältnis von VBE_, zu VBE_n schreitet, so erzeugt der Komparator 5' ein Ausgangssignal, eines Transistors von einer Herstellungsserie zur anderen än- welches einen Schalttransistor Ts leitend macht, was bewirkt, dert. Daher wird auch, wenn die beiden Transistoren gleiche 45 dass eine Alarmvorrichtung 7 eingeschaltet wird. Basis-Emitterspannungen aufweisen, der Kollektorstrom I2 Wenn die erfindungsgemässe Einrichtung als Feuermelder nicht immer gleich dem Kollektorstrom I] sein, sondern I2 ist verwendet wird, dann sollten beide Transistoren Tri und Tr2 ungefähr gleich oder kleiner als Ii. Es kann deshalb vorkom- an derselben Wärmesenke innerhalb der Einrichtung befestigt men, dass selbst wenn der Kollektorstrom I2 für jede Einrich- werden und der Transistor Tr3 sollte an der Aussenseite des tung auf den gleichen Wert eingestellt wird, dann die An- 50 Gehäuses angeordnet werden, so dass die thermische Zeitsprechempfindlichkeit von einer Einrichtung zur andern vari- konstante der Transistoren Tri und Tr2 bedeutend grösser ist ieren kann. Es ist also sehr schwierig einen Transistor zu fin- als die thermische Zeitkonstante des Transistors Tr3. Daher den, der die gleichen Werte von VBE_i wie VBE_n wie ein ande- kann die Temperaturdifferenz festgestellt werden. Weil die rer Transistor aufweist, einfach deshalb weil die Basis-Emit- beiden Transistoren Tri und Tr2 nur sehr langsam dem Wech-terspannung VBE_„ eines Transistors im allgemeinen grösser 55 sei der Umgebungstemperatur folgen und der Transistor Tr3 ist als die Basis-Emitterspannung VBE_i- Das Obengeschrie- sofort durch den Raumtemperaturwechsel beeinflusst wird, bene ist allgemein auch für Halbleiterdioden gültig. spricht diese Anordnung sofort auf einen Raumtemperatur-

Die Fig. 13 zeigt das Schaltschema eines weiteren Ausfüh- Wechsel an.

rungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung, in wel- Vorangehend ist die Anordnung und die Art und Weise eher die Widerstände Ri5 und Ri5' und ein Transistor Tr3 vor-60 beschrieben, wie die erfindungsgemässe auf Temperaturände-handen ist. Die übrigen Elemente sind mit den gleichen Be- rangen ansprechende Einrichtung bei einem schnellen Tem-zugszeichen wie jene in der Fig. 11 bezeichnet. In dieser Ein- peraturanstieg arbeitet. Da es sehr leicht ist Transistoren mit richtung müssen die Transistoren Tr, und Tr3 die gleiche Ba- identischen Basis-Emitterspannungen VBE._, auszulesen, kann sis-Emitterspannung VBE_! aufweisen. Bei der Auslese dieser eine gleichmässige Ansprechempfindlichkeit für jede Einrich-Transistoren ist es leichter solche Transistoren auszusuchen, 65 tung erzielt werden, wobei lediglich der Strom I] bei jeder Eindie identische Basis-Emitterspannungen VBE_n aufweisen, richtung auf denselben Wert eingestellt werden muss. Es sei weil die Basis-Emitterspannung VBE_n auf einfache Weise ge- weiter vermerkt, dass diese auf Temperaturschwankungen anmessen werden kann und weiter weil Transistoren mit identi- sprechende Einrichtungen nicht auf Schwankungen der Spei-

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sespannung reagiert, weil die Ströme Ii und I3 in gleicher in Verbindung mit einem Komparatorstromkreis kann

Weise den Schwankungen der Speisespannung unterworfen ebenso für diesen Zweck eingesetzt werden.

sind, wobei diese Schwankungen durch die Differenzbildung Vorangehend ist die auf Temperaturänderungen anspre-in der Einrichtung selbst kompensiert werden. chende Einrichtung gemäss der Erfindung im Hinblick auf

Es sei auch festgehalten, dass in den Einrichtungen ge- 5 das Feststellen von schnellen Temperaturanstiegen beschrie-mäss den Fig. 4 und 11 der Transistor Tr2 mit der grossen ben. Aber im Falle von Feuermeldern kann auch ein anderes thermischen Zeitkonstanten als Bezugstransistor verwendet Problem in Betracht gezogen werden, nämlich ein Alarmsi-ist, während der Transistor Tr! mit der kleineren thermischen gnal auszulösen, wenn die Raumtemperatur einen vorbe-Zeitkonstanten als Sensortransistor in diesen Ausführungen stimmten Wert erreicht, auch dann wenn der Temperaturanliegt. Die Aufgabe der beiden Transistoren kann bezüglich 10 stieg nur allmählich erfolgt. Zwei befriedigende Lösungen der thermischen Zeitkonstanten vertauscht werden, wobei der dieses Problèmes sind nachstehend beschrieben.

Transistor Trt als Bezugstransistor wirkt und der Transistor Die erste Lösung besteht in der Verwendung eines soge-

Tr2 die Temperaturwechsel feststellt. In diesem Fall wirkt der nannten thermoempfindlichen Thyristors im Schaltstrom-Transistor Tr2 derart, dass der Kollektorstrom Ii kleiner kreis 6 und im Komparator 5. Ein thermoempfmdlicher Thy-

wird, wenn die Temperatur dieses Transistors ansteigt. is ristor ist eine Halbleitervorrichtung mit einer pnpn-Anord-

Nachstehend ist die Beziehung zwischen dem Sensor- nung ähnlich wie bei normalen Thyristoren, dessen Durchstromkreis 1 und dem Komparator 5 mit Bezug auf die Fig. 4 bruchsspannung in Abhängigkeit mit der Temperatur ändert, beschrieben. Ein n-Tor-Thyristor SCR2 ist in dem Kompara- Ein thermoempfmdlicher Thyristor ist eingeschaltet, wenn die tor 5 als Spannungsdifferenzdedektorelement verwendet. Anoden- Kathodenspannung die Durchbruchsspannung Dies ist von grosser Bedeutung. Die Fig. 14a und 14b zeigen 20 überschreitet. Ein Beispiel einer solchen Charakteristik ist in den schematischen Aufbau eines n-Tor-Thyristors und seine der Fig. 15 dargestellt.

Ersatzschaltung. Ein Thyristor ist eine Halbleitervorrichtung Es gibt zwei Arten von diesen Thyristoren, nämlich einen mit einer pnpn-Struktur, die auf zwei Arten ausgebildet sein n-Tor-Typ und p-Tor-Typ, die keine Unterschiede in ihren kann. Ein n-Tor-Typ besitzt die mittlere n-Schicht und bei p- Grundausführungen aufweisen, und die Schalttemperatur Tor-Typ besitzt die mittlere p-Schicht einen Anschluss. Die 25 kann durch einen zwischen die Anode und Steuerelektrode Fig. 14 zeigt einen n-Tor-Thyristor und diese Art Thyristor geschalteten geeigneten Widerstand im Falle des n-Tor-Types stellt allgemein ein Äquivalent für einen pnp-Transistor und und einen zwischen die Steuerelektrode und die Kathode geeinen npn-Transistor dar, dessen Basis-Elektroden und Kol- schalteten Widerstand im Falle eines p-Tor-Types verändert lektorelektroden miteinander, wie in der Fig. 14b dargestellt, werden. Wird ein Thyristor mit den in der Fig. 15 gezeigten verbunden sind. 30 Eigenschaften verwendet, und beispielsweise ein Widerstand

Rga von 1 kOhm zwischen die Anode und die Steuerelek-Die Steuerelektrode G und die Anode A des Thyristors trade geschaltet und eine Speisespannung von 20 V verwen-wird auf gleichem Potential gehalten, so dass kein Strom zur . det, so wird die Durchbruchsspannung des Thyristors bei ei-Steuerelektrode fliesst, durch Anlegen einer positiven Span- ner Temperatur von 70°C kleiner als die Speisespannung.

nung zur Anode A und durch gleichzeitiges Anlegen einer ne- 35 Dies bedeutet, dass der thermoempfindliche Thyristor unter gativen Spannung an die Kathode K ist der Thyristor nicht diesen Bedingungen bei 70°C eingeschaltet wird.

leitend, d.h. er befindet sich in der Offenstellung, weil die Weil der grundsätzliche Aufbau eines thennoempfind-

Schicht N, und die Schicht P2 in der zur Flussrichtung entge- liehen Thyristors dem Aufbau eines normalen Thyristors sehr gengesetzten Richtung vorgespannt sind. Beim allmählichen ähnlich ist, kann er unterhalb der Schalttemperatur als nor-Ansteigen des Potentials an der Steuerelektrode G beginnt ein40 maier Thyristor betrachtet werden. Deshalb kann ein thermo-Steuerelektrodenstrom durch den pn-Übergang zwischen den empfindlicher Thyristor, dessen Schalttemperatur auf einen Schichten Pj und Ni zu fliessen. Wenn dieser Steuerelektro- gewissen Punkt eingestellt ist, anstelle des Thyristors SCR2 denstrom einen bestimmten Wert überschreitet, so wird der und/oder SCR3 im Komparator 5 und in dem Schaltstrom-Thyristor leitend, d.h. er ist eingeschaltet. Die zwischen der kreis 6 verwendet werden. In diesem Fall wird die Einrichtung Anode A und der Steuerelektrode G auftretende Spannung 45 nicht nur bei einem schnellen Temperaturanstieg, bis die VAG ist in diesem Moment die Basis-Emitterspannung VBEa] Temperatur einen Sollwert erreicht hat, ansprechen, sondern des in der Fig. 14b dargestellten Transistors tti. die thermoempfindlichen Thyristoren werden selbst anspre-

Wie weiter oben angeführt ändert der Spannungsabfall ei- chen, wenn die Temperatur derselben die Schalttemperatur nes pn-Überganges, hervorgerufen durch einen konstanten erreicht haben, auch wenn diese Temperatur nur allmählich Strom, wie in der Fig. 1 dargestellt, linear mit der Temperatur 50 angestiegen ist. Eine derartige Einrichtung erfüllt vollkom-und der Temperaturkoeffizient ist negativ. Dies bedeutet, men ihre Funktion indem sie ein Alarmsignal erzeugt und dass die zum Halten des zum Einschalten des Thyristors not- zwar egal ob die Temperato einen Sollwert schnell oder nur wendigen Anoden-Steuerelektrodenspannung (Steuerelektro- allmählich erreicht hat. Die zweite Lösung kann die gestellten den-Kathodenspannung im Falle eines p-Tor-Thyristors) ei- Bedingungen ohne die Benützung von thermoempfindlichen nen ähnlichen Verlauf bezüglich der Temperatur, wie in der 55 Thyristoren erfüllen, durch Wechseln der Betriebsbedingun-Fig. 1 dargestellt zeigt. gen des Sensorstromkreises.

Beide die Temperatur abhängigkeit der Anoden-Steuer- Mit Rückblick auf die Gleichung (1) und unter der An-

elektrodenspannung VAG und die Ausgangsspannung des in nähme, dass der Kollektorstrom Ii des Transistors Tri nicht den Fig. 4 und 11 gezeigten Sensorstromkreises 1, nämlich die gleich demjenigen des Transistors Tr2 ist, kann die Gleichung Zunahme Ii des Kollektorstromes Ij des Transistors Tr b zei- 60 (1) so verstanden werden, dass, wenn die identische Eigengen eine ähnliche Abnahmetendenz, wenn die Temperatur schaffen aufweisenden Transistoren Tr] und Tr2 gleichen Beentsprechend der Temperaturabhängigkeit des Koeffizienten dingungen ausgesetzt sind und das Verhältnis ihrer Kollek-A ansteigt. Dementsprechend können durch die Temperatur- torströme (I2/I1) konstant gehalten wird, dass dann die Diffe-änderungen hervorgerufene Fehler des Sensorstromkreises renz zwischen den betreffenden Basis-Em'tterspannungen durch Übertragen der Temperaturcharakteristik des Sensor- 65 VBE] und VBE2 proportional zu der absoluten Temperatur ist. transistors auf den Thyristor reduziert werden. Nebst dem Die Bedingung Ii \ I2 kann erfüllt werden, wenn der WiderThyristor kann als Sensorvorrichtung mit einem pn-Über- stand R]0 vom Widerstand R] 1 in dem Sensorstromkreis gegang ein Transistor verwendet werden. Eine Halbleiterdiode mäss der Fig. 4 oder Fig. 11 abweicht (R]0H Ru). Esseiwei-

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ter angenommen, dass der Widerstand R10 viel grösser ist als Aus dem Vorstehenden geht klar hervor, dass weil die erder Widerstand Ri i (Ri0 > > R, t). In diesem Fall wird der findungsgemässe Einrichtung auf den physikalischen Be-Kollektorstrom I] des Transistors Tri viel kleiner sein als der triebseigenschaften von Halbleitervorrichtungen basiert, eine Kollektorstrom I2 des Transistors Tr2. Weil gemäss der vor- grössere Zuverlässigkeit erreicht werden kann, welche weni-angehenden Annahme der natürliche Rhytmus des Verhält- 5 ger von den herstellungsbedingten Streuungen abhängig ist. nisses I2/Ii konstant ist, nämlich j£n (I2/I,) = konstant = C', Abweichungen der Ansprechgrenzen der hergestellten erfin-kann die folgende Gleichung aus der Gleichung (4) abgeleitet dungsgemässen Einrichtungen sind abhängig von den Streuwerden. ungen der Daten der Transistoren Tr, und Tr2 des Sensor-

kT I2 Rn kC' Rn Stromkreises und weiteren Komponenten wie Feldeffektransi-

Ii = D £n(— ) + I:o —— = d T+12 p ■ (9) io stören, die in der Konstantstromquelle eingesetzt sind, wenn eine solche vorgesehen ist. Dieser Abhängigkeit kann durch

RioQ II RIO Riol

MO

Die Gleichung (9) zeigt, dass der Kollektorstrom I, des Prüfen und Zuordnen der Eigenschaften und durch die geei-Transistors Tri mit der Temperatur T in einer Beziehung er- gnete Auswahl der Komponenten begegnet werden. Deshalb sten Grades steht und dementsprechend linear mit der Tem- ist beim Zusammenbau der Einrichtungen keine Justierung peratur T ändert. Die Forderung, gemäss welcher der Kollek- is notwendig. Weiter sind die Kosten der erfindungsgemässen torstrom I] in Abhängigkeit mit dem Temperaturwechsel än- Einrichtung wegen dem einfachen Aufbau niedrig.

dert, kann nicht nur erfüllt werden, wenn Ij < < I2 ist, sondern auch wenn I] < I2 ist. Im letzteren Fall ist die Beziehung Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung mehr oder weniger kompliziert. Wenn der Kollektorstrom I, ist der, dass die Einrichtung auf einfache Weise geprüft wer-des Transistors Tri grösser als der Kollektorstrom I2 des 20 den kann mit Hilfe von Mitteln, die einen unüblichen Tempe-Transistors Tr2 eingestellt ist, so ist die Beziehung umgekehrt, raturanstieg simulieren, wobei der Kollektorstrom der Tran-d.h. der Kollektorstrom Ii nimmt ab, wenn die Temperatur sistoren in dem Sensorstromkreis verstellt werden. Zum Errei-ansteigt. chen dieses Zieles ist es am wirksamsten, das Verhältnis der

Im Hinblick auf das vorangehend gesagte, sei erwähnt, beiden Widerstände R10 und R], zu verändern, welche Wider-dass unter der Annahme, dass bei dem in den Fig. 4 und 11 25 stände zwischen dem Emitter der Transistoren Tri und Tr2 dargestellten Sensorstromkreis 1 der Transistor Tri eine und der Speisespannungsquelle geschaltet sind. Eine Mög kleine thermische Zeitkonstante und der Transistor Tr2 eine lichkeit dieses Verhältnis zwischen den beiden Widerständen grosse Zeitkonstante aufweist und als Sensortransistor, bezie- zu verändern ist in der Fig. 16 dargestellt. Parallel zum Wider-hungsweise als Bezugstransistor benützt werden und die Wi- stand R,0 ist die Serieschaltung eines Widerstandes R10' und derstände Rio und Rn sind so ausgewählt, dass Ri0 grösser ist 30 eines Schalters S angeordnet. Eine Funktionskontrolle kann als Rn, damit der Kollektorstrom Ii grösser wird als der Kol- ausgeführt werden, indem der Schalter S manuell oder fernge-lektorstrom I2. Und dass weiter die Widerstände R7 und R8 so steuert geschlossen wird, um einen Temperaturanstieg zu si-gewählt sind, dass wenn die Temperatur der beiden Transisto- mulieren ohne dass die Umgebungstemperatur selbst ansteigt, ren Tri und Tr2 bei einer normalen Umgebungstemperatur Der Schalter S kann irgendeine Schaltvorrichtung sein, beigleich sind, dass dann der über dem Widerstand Rv auftre- 35 spielsweise ein mechanischer Schalter oder ein Schalttran-tende Spannungsabfall V1 gleich dem Spannungsabfall V2 sistor.

über dem Widerstand R8 ist. Tritt eine vorbestimmte Differenz zwischen den beiden Spannungen V1 und V2 (Vi > V2 im Eine solche Funktionskontrolle kann leichter und sicherer vorliegenden Fall) auf, so wird dies durch den Komparator 5 ausgeführt werden, als die bisher übliche Methode des direk-festgestellt, der seinerseits den Schaltstromkreis 6 erregt, um 40 ten Aufheizens des betreffenden Sensorstromkreisteiles. Da das Alarmsignal auszulösen, und zwar in beiden Fällen, wenn das direkte Aufheizen in Räumen, in denen ein explosives eine gewisse Temperaturdifferenz zwischen den beiden Tran- Gas oder andere feuergefahrliche Materialien enthalten sind, sistoren Tri und Tr2, hervorgerufen durch den schnellen Tem- nicht ausgeführt werden kann, ist die Funktionskontrolle der peraturanstieg des Sensorstromkreises 1, auftritt oder wenn erfindungsgemässen Einrichtung sehr erwünscht, die Temperatur dieser beiden Transistoren allmählich bis zu 45 Weil der wesentliche Grundgedanke der Erfindung das einem höheren als unzulässig bezeichneten Wert ansteigt. Es Feststellen von Temperaturdifferenz ist, kann mit zwei Transei auch festgehalten, dass dasselbe Ziel erreicht werden kann, sistoren, welche die gleiche thermische Zeitkonstante aufwei-indem die Rolle der beiden Transistoren bezüglich der thermi- sen, der Temperaturunterschied zwischen zwei voneinander sehen Zeitkonstanten vertauscht wird. D.h. ein eine grössere getrennten Stellen, an denen die Transistoren angeordnet thermische Zeitkonstante aufweisender Transistor Tri wird 50 sind' festgestellt werden. Wenn durch dieses Feststellen eine als Bezugstransistor benützt, während ein eine kleine thermi- Schaltfunktion ausgelöst wird, kann eine solche Einrichtung sehe Zeitkonstante aufweisender Transistor Tr2 als Sensor- zum Konstanthalten der Temperaturdifferenz zwischen zwei transistor benützt wird. Über dies wird der Widerstand Rj0 Stellen verwendet werden, beispielsweise zum Steuern einer kleiner gewählt als der Widerstand Ri 1 mit dem Resultat, dass Klimaanlage, welche die Raumtemperatur in einer vorbe-der Kollektorstrom I] grösser eingestellt wird als der Kollek- 55 stimmten Relation zur Aussentemperatur hält. Ausserdem torstrom I2. In diesem Fall wird der Kollektorstrom Ii abneh- kann die erfindungsgemässe Einrichtung zum Überwachen men, wenn die Temperatur des Transistors Tr] schnell an- des Überhitzens von elektrischen Ausrüstungen eingesetzt steigt oder die Temperatur der beiden Transistoren gleichzei- werden.

tig einen unzulässigen Wert erreicht.

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4 Blatt Zeichnungen