DE10049758B4

DE10049758B4 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer

Info

Publication number: DE10049758B4
Application number: DE10049758A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rothe
Original assignee: Walter Hanke Mechanische Werkstaetten GmbH and Co KG
Current assignee: Walter Hanke Mechanische Werkstaetten GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: ES2296704T3; EP1193656A3; ATE381147T1; EP1193656A2; EP1193656B1; DE50113361D1; DE10049758A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer mit einem eine Spule zur Erfassung des Einwerfens einer Münze aufweisenden Oszillator, dessen Ausgangssignal sich durch die Münze ändert, und mit einem ersten elektronischen Schaltelement, das bei Einwurf der Münze durch Änderung seiner Steuerspannung das Einschaltsignal abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Schaltkreis (2) zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators (1) im ruhenden Zustand des Münzprüfers und ein zweiter ein zweites elektronisches Schaltelement (Q2) aufweisender Schaltkreis (3) zum Ansteuern des ersten Schaltelementes (Q4) vorgesehen sind, wobei die Steuerelektrode des zweiten Schaltelementes (Q2) über eine Diode (D1) mit dem Ausgang des Oszillators (1) verbunden ist, der eine einer Gleichspannung überlagerte Wechselspannung als Ausgangsspannung liefert, und
wobei der erste Schaltkreis (2) einen Transistor (Q1) aufweist, über den die Arbeitspunkteinstellung des Oszillators (1) für den ruhenden Zustand des Münzprüfers aktivierbar ist, wobei die Steuerelektrode des Transistors (Q1) eine an die Batteriespannung angeschlossene...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der EP 0 607 624 B1 ist ein elektrischer Einschaltsensor für batteriebetriebene Münzprüfer bekannt, der einen Oszillator verwendet. Über einen ersten, an den Oszillator angeschlossenen Transistor in Emitterfolgeschaltung wird ein erster über einen ersten Widerstand entladbarer Kondensator periodisch so aufgeladen, daß der erste Transistor bei Verringerung der Oszillatorspannung stromlos wird. Über den ersten Transistor wird ein zweiter an Batteriespannung liegender Transistor angesteuert, der ein Einschaltsignal erzeugt. Die Oszillatorspannung bricht zusammen, wenn eine Münze in den Münzprüfer eingeworfen wird und dabei die Spule des Oszillator gedämpft wird.

US 4 105 105 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Münzen, die ein Colpittsoszillator mit Arbeitspunkteinstellung und Gleichrichtung seines Ausgangssignals.

US 6 031 430 offenbart einen Oszillator, wie er in Näherungsschaltern verwendet werden kann, und die US 5 043 661 sowie US 0 043 679 betreffen Schaltungsanordnungen für Näherungsschalter mit HF-Oszillaoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die immer einen stabilen Arbeitspunkt gewährleistet und bei der alle Bauelementetoleranzen ausgeglichen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Einerseits wird durch die besondere Ausbildung des Colpitts-Transistors ein niedriger Stromverbrauch gewährleistet und das Vorsehen der Konstantstromquelle ergibt einen stabilen Arbeitspunkt über den gesamten Temperaturbereich einen Ausgleich der Bauteiletoleranzen und einen Ausgleich von ungewollter Beeinflussung durch Metallgegenstände im Münzprüfer. Weiterhin wird durch die Konstantstromquelle ein stabiler Schaltpunkt für den Ausgangstransistor geliefert, wodurch die Wirkung von Schwankungen der Schaltschwellen der verwendeten integrierten Schaltkreise, die zwischen 30% und 50% liegen, unterdrückt werden.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schaltungsgemäße Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Einschalten eines batteriebetriebenen elektronischen Münzprüfers, wobei mittels eines von der Schaltungsanordnung erzeugten Einschaltsignals elektronische Schaltkreise des Münzprüfers, wie elektronische Prüfeinrichtungen mit Spannung versorgt werden. Eine wesentliche Anforderung an die dargestellte Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie im ruhenden Zustand und auch im Betriebszustand einen geringen Strombedarf aufweist.

Die Schaltungsanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Colpitts-Oszillator 1, einem ersten Schaltkreis 2 zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators 1 im ruhenden Zustand des Münzprüfers, einem zweiten Schaltkreis 3 zum Ansteuern eines ersten elektronischen Schaltelementes Q4, das den Ausgang der Schaltungsanordnung darstellt und bei Einwurf einer Münze ein Einschaltsignal für die elektronischen Kreise des Münzprüfers abgibt.

Der Colpitts-Oszillator 1 besteht in bekannter Weise aus einem kapazitiven Spannungsteiler C3, C4, der den Bruchteil der mitgekoppelten Spannung bestimmt. Dabei wirkt die Reihenschaltung der Kondensatoren C3, C4 als Schwingkreiskapazität. Die Spule L1 des Colpitts-Oszillators ist mit den Anschlüssen der Kondensatoren C3, C4 verbunden und ihre Induktivität bestimmt zusammen mit den Kondensatoren C3, C4 die Resonanzfrequenz. Weiterhin weist der Colpitts-Oszillator zwei MOS-Feldeffekttransistoren Q3, Q5 auf, deren Drain-Elektroden miteinander verbunden sind und den Ausgang des Oszillators 1 bilden, deren Gate-Elektroden gemeinsam an dem spannungsführenden Anschluß des Kondensators C3 liegen und deren Source-Elektroden einerseits über einen Widerstand R2 an die Batterie spannung U_Batt und andererseits über einen Widerstand R6 an Masse oder GND, angeschlossen sind. Parallel zum Widerstand R6 ist ein Kondensator C2 geschaltet, der dafür sorgt, daß die Gegenkopplung für die Wechselspannung (R6) gegen Null geht. Das Substrat des Feldeffekttransistors Q3 liegt an Batteriespannung, während das Substrat des Feldeffekttransistors Q5 auf Masse liegt. Die Widerstände R2 und R6 haben vorzugsweise den gleichen Widerstandswert und auch die FETS Q3, Q4 sind identisch.

Der Colpitts-Oszillator ist so ausgelegt, daß die Stromaufnahme 10 μA nicht überschreitet. Der Stromverbrauch wird im wesentlichen durch den Ruhestrom, der durch die Transistoren Q3 und Q5 fließt, bestimmt. Bestimmend für den Ruhestrom sind die beiden Widerstände R2 und R6 sowie die Schaltschwellen der Transistoren Q3 und Q5. Es ergibt sich z.B. folgende Rechnung: I = (UBatt – UQ3, Q4)/(R2 + R6) = (12V – 5V)/1,36 MOhm ∼ 5, 14 μA

Der Schaltkreis zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators 1 im ruhenden Zustand des Münzprüfers weist einen Transistor Q1, der als pnp-Transistor ausgebildet ist, auf. Der Emitter des Transistors Q1 ist an Batteriespannung angeschlossen, während der Kollektor mit dem Sourceanschluß des FETs Q3 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q1 als Steuerelektrode ist einerseits über einen Kondensator C1 an der Batteriespannung und andererseits über einen Widerstand R3, der zur Einstellung des Basisstroms dient, mit eines Widerstandes R1 verbunden, wobei der Widerstand R1 mit seinem anderen Anschluß gleichfalls an Batteriespannung liegt.

Der zweite Schaltkreis 3 zum Ansteuern des elektronischen Schaltelementes Q4 weist eine Diode Dl, vorzugsweise eine Schottky-Diode auf, deren Anode mit dem Ausgang des Oszillators 1 und deren Kathode mit dem Gate-Anschluß eines MOS-FETs Q2 verbunden ist. Parallel zur Diode Dl liegt ein Widerstand R4. Die Source-Elektrode des FETs Q2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand R3 und Widerstand R1 des ersten Schaltkreises 2 verbunden und die Drain-Elektrode ist sowohl an einen Widerstand R5 als auch an den Gate-Anschluß des gleichfalls als MOS-FET ausgebildeten elektronischen Schaltelementes Q4 angeschlossen. Der andere Anschluß des Widerstandes R5 liegt auf Masse. Das Substrat des MOS-FETs Q2 ist an die Batteriespannung angeschlossen. Die Source-Elektrode des FETs Q4 bildet den Ausgang für das Einschaltsignal und die Drain-Elektrode sowie das Substrat liegen auf Masse.

Die Funktionsweise der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt. Wenn die Schaltungsanordnung an Spannung, d.h. an Batteriespannung gelegt wird, liegt der Arbeitspunkt des Oszillators 1 mittig zur Betriebsspannung, d.h. Batteriespannung und ergibt sich aus den beiden gleichen Widerständen R2 und R6. Der Oszillator liefert an seinem Ausgang eine mit der Gleichspannung U_Batt/2 überlagerte Wechselspannung, die über die Diode D1 gleichgerichtet wird, wodurch an der Gate-Elektrode des nachfolgenden MOS-Transistors Q2 ein Gleichspannungspotential von etwa U_Batt/2 plus U_∼Spitze liegt . Da diese Gleichspannung deutlich unter der Betriebsspannung liegt, wird der MOS-Transistor Q2 leitend, wodurch ein Spannungsabfall über den Widerstand R1 und über den Widerstand R5 auftritt.

Dadurch lädt sich der Kondensator Cl auf und sobald seine Spannung die Schaltschwelle des Transistors Q1 erreicht hat, wird letzterer leitend. Dadurch wird der Arbeitspunkt des Oszillators 1 verstellt, d.h. der Arbeitspunkt wird zur Batteriespannung hin verschoben. Dadurch verschiebt sich auch die Ausgangsspannung des Oszillators 1, wodurch das Gleichspannungspotential am Gate des MOS-Transistors Q2 ansteigt. Mit steigende Gate-Spannung sperrt der MOS-Transistor Q2 dynamisch und damit nimmt auch der Spannungsabfall über R1 ab, bis sich ein Spannungswert von ca. 500 mV am Widerstand R1 eingestellt hat, der der Emitter-Basisspannung des Transistors Q1 entspricht. Der MOS-FET Q2 arbeitet jetzt als Konstant-Stromquelle, wobei der Strom über den Widerstand R1, den MOS-FET Q2 und den Widerstand R5 durch R1 bzw. durch die Emitter-Basisspannung des Transistors Q1 bestimmt wird. Dabei ist der Widerstand R5 so dimensioniert, daß der Spannungsabfall an den Widerstand R5 die Schaltschwelle des MOS-Transistors Q4 nicht überschreitet.

Der so eingestellte Zustand ist der Ruhezustand der Schaltungsanordnung, d.h. der Münzprüfer ist im Wartezustand und wartet auf den Einwurf einer Münze. Durch die Schaltungsanordnung wird ein stabiler Arbeitspunkt in diesem Zustand gewährleistet, wobei alle Bauelementetoleranzen ausgeglichen sind.

Wird nun ein Metallgegenstand in die Nähe der Spule L1 des Oszillators 1 gebracht, d.h. wird eine Münze eingeworfen, so wird die Schwingung des Oszillators 1 gedämpft, wodurch die Amplitude der Wechselspannung kleiner wird. Dadurch sperrt die Diode und leitet nicht mehr, wodurch die Kapazität der Gate-Elektrode des MOS-FETs Q2 sich über den Widerstand R4 entlädt.

Die kleiner werdende Gatespannung erzeugt einen höheren Strom durch den Transistor Q2 und somit einen höheren Spannungsabfall am Widerstand R5. Dadurch wird die Schaltschwelle des Transistors Q4 überschritten, wodurch der Transistor Q4 nach GND oder Masse schaltet und ein Ausgangssignal, d.h. ein Einschaltsignal für die elektronischen Schaltkreise des Münzprüfers erzeugt. Die Schaltungsparameter der Schaltungsanordnung sind dabei so bemessen, daß die Spannungsänderung am Transistor Q2 relativ schnell auftritt. Dies ist notwendig, damit der Kondensator C1 die Spannung für den Transistor Q1 hält und sich nicht entlädt. Der Kondensator C1 verhindert somit, daß sich der Arbeitspunkt des Oszillators 1 über den Transistor Q1 nachstellt, da ansonsten kein Ausgangssignal vom Transistor Q4 erzeugt würde.

Nach dem Einwurf der Münze nimmt der Oszillator wiederum seinen stabilen Arbeitspunkt ein und der MOS-Transistor Q2 wirkt wieder als Konstant-Stromquelle.

Claims

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer mit einem eine Spule zur Erfassung des Einwerfens einer Münze aufweisenden Oszillator, dessen Ausgangssignal sich durch die Münze ändert, und mit einem ersten elektronischen Schaltelement, das bei Einwurf der Münze durch Änderung seiner Steuerspannung das Einschaltsignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schaltkreis (2) zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators (1) im ruhenden Zustand des Münzprüfers und ein zweiter ein zweites elektronisches Schaltelement (Q2) aufweisender Schaltkreis (3) zum Ansteuern des ersten Schaltelementes (Q4) vorgesehen sind, wobei die Steuerelektrode des zweiten Schaltelementes (Q2) über eine Diode (D1) mit dem Ausgang des Oszillators (1) verbunden ist, der eine einer Gleichspannung überlagerte Wechselspannung als Ausgangsspannung liefert, und wobei der erste Schaltkreis (2) einen Transistor (Q1) aufweist, über den die Arbeitspunkteinstellung des Oszillators (1) für den ruhenden Zustand des Münzprüfers aktivierbar ist, wobei die Steuerelektrode des Transistors (Q1) eine an die Batteriespannung angeschlossene Parallelschaltung eines Kondensators (C1) und eines Widerstandes (R1) aufweist und mit dem zweiten Schaltelement (Q2) verbunden ist, wobei der erste Schaltkreis (2) den Arbeitspunkt des Oszillators im ruhenden Zustand des Münzprüfers so einstellt, dass das zweite Schaltelement (Q2) als Konstantstromquelle wirkt, die einen konstanten Strom liefert, durch den die Schaltschwelle des ersten elektronischen Schaltelementes (Q4) nicht erreicht wird, und dass bei Einwurf einer Münze der Strom durch das zweite Schaltelemente (Q2) sich abhängig von der Ausgangsspannung des Oszillators (1) derart ändert, dass das erste, mit dem zweiten Schaltelement (Q2) verbundene Schaltelement (Q4) schaltet und das Einschaltsignal liefert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (D1) so bemessen ist, dass sie bei Änderung der Ausgangsspannung des Oszillators (1) durch Anwesenheit einer Münze sperrt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren der Arbeitspunkteinstellung die Batteriespannung angelegt wird, wobei die Ausgangsspannung des Oszillators (1) über die Diode (D1) das zweite Schaltelement (Q2) derart ansteuert, dass es leitet, wodurch der mit dem zweiten Schaltelement (Q2) verbundene Kondensator (C2) sich auflädt und den Transistor (Q1) des ersten Schaltkreises (2) leitend schaltet.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht aktiviertem ersten Schaltkreis (2) der Arbeitspunkt des Oszillators (1) mittig zur Batteriespannung liegt und sich bei aktiviertem ersten Schaltkreis (2) in Bezug auf die halbe Batteriespannung verschiebt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zur Schaltstrecke des zweiten Schaltelementes (Q2) ein die Schaltschwelle des ersten Schaltelementes (Q4) vorgebender Widerstand (R5) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Schaltelement (Q2, Q4) als Feldeffekttransistor vorzugsweise als MOS-Feldeffekttransistor ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator ein Colpitts-Oszillator ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Diode (D1) ein Widerstand (R4) geschaltet ist, über den die Kapazität der Steuerelektrode des zweiten Schaltelementes (Q2) bei Sperren der Diode (D1) entladbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (C1) des ersten Schaltkreises (1) so bemessen ist, dass bei Einwurf einer Münze und resultierender Spannungsänderung am zweiten Schaltelement (Q2) eine Nachstellung des Arbeitspunktes des Oszillators (1) über einen bestimmten Zeitraum verhindert wird.