DE1638072C - Schaltungsanordnung zur Er fassung einer Eingangsgroße mittels einer Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ein Schwingen bzw. ein NichtSchwingen des Oszillaeinem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, 35 tors. Dies bedingt eine relativ niedrige Grenzfrequenz daß im Rückkopplungskreis (9, 10, 14) des Oszil- des Initiators, denn bei einer Signaländerung muß lators (3,4,6) ein Verstärkerelement (14) an- der Oszillator Anschwingen bzw. Aussetzen. Außergeordnet ist. dem wird im schwingenden Zustand dem Schwing-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, da- kreis ständig Energie für die Ansteuerung des Kippdurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungs- 40 Verstärkers entzogen. Dies ergibt nachleiligerweise widerstand (9, 10) des Oszillators (3,4,6) und eine relativ große, die maximale Schaltcntfcrnung beder Ansteuerwiderstand (19) des Eingangstransi- grenzende, Grunddämpfung.

stors (21) von gleichartigen in der gleichen Grö- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

ßenordnung liegenden Widerständen gebildet Schaltungsanordnung für Initiatoren zu erstellen, die werden. 45 sich auf möglichst große Entfernungen ansteuern läßt

und deren Schaltfrequenz möglichst groß ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der ein-

gangs angegebenen Schaltungsanordnung dadurch

gelöst, daß ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der 50 über eine Strommeßeinrichtung und eine Trenndiode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- mit einem Punkt des Schwingkreises des Oszillators Ordnung zur Erfassung einer Eingangsgröße mittels derart verbunden ist, daß sich durch den Spannungseiner Oszillatorschaltung, bei der die Schwingungen teiler ein Ansprechwert der Strommeßeinrichtung bei des Oszillators mittels einer Gleichrichterschaltung in einer bestimmten Schwingungsamplitude des ein Signal für nachgeschaltete Glieder umgeformt 55 Schwingkreises ergibt.

werden. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

Initiatoren von Steuereinrichtungen stellen Einga- erfolgt somit eine Signaländerung nicht in Abhängigbeglieder einer Steuereinrichtung dar. Sie erfassen keit von dem Schwingen oder NichtSchwingen des Eingangsgrößen wie z. B. Weg, Lage, Drehzahl. Im Oszillators, sondern in Abhängigkeit von dem ÜberGegensatz z. B. zu Endlagenschaltern erfassen Initia- 60 schreiten bzw. Unterschreiten einer bestimmten toren die Positionen beweglicher Teile kontaktlos Schwingungsamplitude des Schwingkreises. Die An- und berührungslos. Die festgestellte Position wird in sprechamplitude ist dabei durch den Spannungsteiler ein Signal umgeformt, das den nachgeschalteten bestimmt, der praktisch auch die Amplitude be-Funktionsgliedern (UND-Glieder, ODER-Glieder grenzt. Die Schwingungsamplitude bleibt dementusw.) der Steuereinrichtung angepaßt ist. Im allge- 65 sprechend bei einer Änderung des vom Initiator abmeincn handelt es sich bei dem Signal um ein gegebenen Signals nahezu konstant. Dies ergibt vor-Ja/Nein-Signal. Das kontaktlose Erfassen erfolgt teilhafterweise eine hohe Schaltfrequenz,
mittels eines Oszillators, wobei das Schwingen des- Die bei bekannten Schaltungsanordnungen, insbe-

3 4

sondere durch die Arbeitspunkteinstellung des Ver- Ein weiterer Vorteil der Oszillatorschaltung I stellt stärkerelcmentes des Oszillators gegebene Begren- deren einfacher Schwingkreis dar, der aus einer nur zung der Schwingungsamplitude tritt bei der erfin- zwei Anschlüsse aufweisenden Spule 4 und einem dungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht auf, da Kondensator 6 besteht. Durch die Verwendung eines die Begrenzung durch den Spannungsteiler zuvor ein- 5 Transistors 14 im Rückkopplungskreis wird eine setzt. Mit anderen Worten: Bei der erfinduugsgemä- transformatorische Rückkopplung vermieden, so daß ßen Schaltungsanordnung wird eine auch bei bekann- beispielsweise die Spule 4 allein in einem Schalenten Schaltungen vorhandene Begrenzung der Ampli- kern angeordnet und leicht über nur zwei Leitungen luden des Schwingkreises zur Ableitung eines Signals als gesonderter Tastkopf an die Oszillatorschaltung ausgenutzt. Ein zusätzlicher während des gesamten io angeschlossen werden kann. Dadurch ist auch ohne Schwingungsverlaufes dämpfend wirkender Entzug Schwierigkeiten die Anordnung eines eine galvanivon Energie für ein Kippglied erübrigt sich somit. sehe Trennung bewirkenden Übertragers an Stelle Sofern die Begrenzung nicht wirksam ist, kann also der Spule 4 möglich. Die nicht mit dem Schwingkreis der Oszillator der erfindungsgemäßen Schaltungsan- verbundene Wicklung des Übertragers läßt sich beiordnung frei schwingen. Er ist dadurch gegenüber 15 spielsweise an eine weitere als Tastkopf ausgebildete dämpfend wirkenden äußeren Einflüssen empfindli- Induktivität oder aber auch an einen' Kontakt ancher als bekannte Schaltungen. Dies ergibt den Vor- schließen. Die Anordnung eines gesonderten Überieil einer Ansteuerung auf größere Entfernungen. tragers ist vor allem bei einer eigensicheren Ansteue-

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schal- rung der Oszillatorschaltung zweckmäßig,
iungsanordnung stellt deren weitgehende Unabhän- 20 Der Punkts des Schwingkreises 4,6 der Os?illagigkeit des Ansprech wertes von der Betriebsspan- torschaltung I ist über eine Trenndiode 16 und eine nung dar, ohne daß besondere Mittel zur Spannungs- Strommeßeinrichtung mit einem von zwei Widerstän-■uabilisierung erforderlich sind. Mit steigender Be- den 20, 24 gebildeten an die Leitungen?, 11 ange-H iebsspannung. wächst nämlich sowohl der vom Os- schlossenen Spannungsteiler derart verbunden, daß -'iüalor für die Betätigung der Strommeßeinrichtung 25 sich durch den Spannungsteiler 20, 24 ein Ansprech-'ur Verfügung gestellte Strom wie auch der von der wert der Strommeßeinrichtung bei einer bestimmten Suommeßeinrichtung benötigte Strom. Dies ergibt Schwingungsamplitude des Schwingkreises 4,6 ereine erwünschte Kompensation. gibt. Die Trenndiode 16 stellt gleichzeitig die Gleich-

Im folgenden sol! die Erfindung an Hand des in richterschaltung dar, mittels der aus den Schwingun-

i'er Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher 30 gen des Oszillators ein Signal abgeleitet wird. Eine

i.riäutert werden. Klemme des Gleichrichters 16 ist daher mit einem

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung für Kondensator 17 verbunden, dessen andere Klemme initiatoren von Steuereinrichtungen besteht aus einer an die Leitung 7 angeschlossen ist.
Oszillatorschaltung I und einem Kippglied II. Der Die Strommeßeinrichtung wird von der Basiseigentliche Oszillator der Oszillatorschaltung I wird 35 Emitterstrecke eines Eingangstransistors 21 und von einem Transistor 3 sowie einem mit seinem KoI- einem an die Basis angeschlossenen Ansteuerwideriektor verbundenen Parallelschwingkreis, bestehend stand 19 gebildet. Dementsprechend sind weiter die aus einer Spule 4 und einem Kondensator 6 gebildet. Basis des Transistors 21 über einen Widerstand 18 Der Anschlußpunkt des Kollektors von 3 an den an den Verbindungspunkt von Diode 16 mit dem Schwingkreis 4,6 ist mit 5 bezeichnet. Die jeweils 40 Kondensator 17 und der Emitter von 18 an den andere Klemme der Spule 4 und des Kondensators 6 Spannungsteiler 20, 24 angeschlossen. Die Basisist mit einer Leitung 11 verbunden, die auf Bezugs- Emitterstrecke des Transistors 21 wird somit von potential lieg*. Der Emitter des Transistors 3 ist einem durch den Widerstand 19 eingestellten Strom über einen Widerstand 2 an einer Leitung 7 ange- angesteuert.

schlossen, über die die Versorgungsspannung züge- 45 Im Ausführungsbeispiel ist der Eingangstransistor

führt wird. 21 mit einem weiteren Transistor 29 in einer Kipp-

Im Rückkopplungskreis des Oszillators 3,4,6 ist schaltung angeordnet, wobei ein Rückkopplungsein von einem Transistor 14 gebildetes Verstärker- widerstand 22 an einen Verbindungspunkt von zwei element angeordnet. Dabei verbinden den Kollektor Widerständen 19, 23 geschaltet ist, die eine mit der des Transistors 3 in Reihe geschaltete Widerstände 9, 50 Basis des Eingangstransistors 21 und mit der Leitung 10 mit der Basis des Transistors 14, während der 11 verbundenen Spannungsteiler bilden. Der WiderKollektor von 14 und die Basis von 3 direkt zusam- stand 19 ist hochohmig gegenüber dem Widerstand mengeschaltet sind. Weiter sind der Kollektor von 14 23. Für 22 kann dahei günstigerweise ebenfalls ein über einen Widerstand 13 an die Leitung 7, der niederohmiger Widerstand vorgesehen werden. — Emitter von 14 über einen Widerstand IS an die Lei- 55 Von dem Transistor 29 sind der Emitter an die Leitung 11 sowie die Basis von 14 über einen Wider- tung 11, der Kollektor an den Widerstand 22 sowie stand 8 an den Emitter des Transistors 3 und über über einen Widerstand 28 an die Leitung 30 und die einen Widerstand 12 an die Leitung 11 angeschlos- Basis an den Verbindungepunkt von zwei Widerstänsen. den 26, 27 angeschlossen, die zwischen dem Kollek-

Durch die Emitterwiderstände 2 und 15 wird eine 60 tor des Transistors 21 und der Leitung 11 geschaltet Stromgegenkopplung, durch den Widerstand 8 eine sind. Weiter ist der Kollektor von 29 mit dem Aus-Spannungsgegenkopplung erzielt. Diese Gegenkopp- gang 31 der Kippschaltung II verbunden,
lungen ergeben eine Arbeitspunktstabilisierung und Zwischen den Leitungen 7, 30 ist ein Siebwidereine Stabilisierung gegenüber Temperatureinflüssen. stand 25 vorgesehen, der zusammen mit einem zwi-Die Eigenschaften der Oszillatorschaltung sind 65 sehen den Leitungen 7, Il angeordneten Kondensaaußerdem auch weitgehend von Exemplarstreuungen tor 1 zur Glättung der vom Oszillator I erzeugten ' der Transistoren unabhängig. Letzteres ist insbeson- Hochfrequenzen dient,
dere für die Fertigung günstig. Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, den

Rückkopplungswiderstand 9, 10 des Oszillators 3,4,6 und den Ansteuerwiderstand 19 des Eingangstransistors 21 mit gleichartigen in der gleichen Größenordnung liegenden Widerständen auszuführen. Durch diese Maßnahme ergibt sich vorteilhafterweise eine weitgehende Unabhängigkeit der gesamten Schaltungsanordnung gegenüber Temperaturänderungen.

Die Wirkungsweise der im Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltungsanordnung ist folgende:

Befinden sich in der Nähe der Spule 4 des Schwingkreises 4,6 keine elektrisch leitenden Gegenstände, kann der Oszillator 3,4,6 schwingen. Die Schwingungsamplituden des Schwingkreises 4,6 werden jedoch nicht wie bei bekannten Schaltungsanordnungen durch die Osziilatorschaltung I, insbesondere durch die Arbeitspunkteinstellung des Transistors 3, sondern durch den Spannungsteiler 20, 24 begrenzt. Die Begrenzung ist für eine Polarität der Schwingungen und nur dann wirksam, wenn eine durch den Spannungsteiler 20, 24 vorgegebene Ansprechamplitude überschritten wird. In den dazwischenliegenden Zeiten einer Periode schwingt der Oszillator 3,4,6, ohne daß eine dämpfend wirkende Energieabgabe zur Ansteuerung des Kippgliedes (wie bei bekannten Schaltungsanordnungen) erforderlich ist. Dies ergibt vorteilhafterweise eine große Empfindlichkeit gegenüber äußeren auf die Spule 4 mittels eines elektrisch leitenden Gegenstandes wirkenden dämpfenden Einflusses. — Nach Unterschreiten der Ansprechamplitude nimmt der Schwingkreis 4,6 bis zum erneuten Erreichen der Ansprechamplitude Energie auf. Die Energieaufnahme ist durch die Rückkopplungswiderstände 9, 10 sowie die Transistoren 3, 14 bestimmt. Sie läßt sich durch entsprechende Wahl der Widerstände 9, 10 einstellen. Die Wahl der Widerstände 9, 10 ist dabei gleichbedeutend mit der Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des Initiators.

Die durch die vorstehend angegebene Energieaufnahme sich ergebenden Amplitudenspitzen (Stromspitzen) werden zur Ansteuerung des Kippgliedes II ausgenutzt. Diese Stromspitzen werden über die Diode 16 auf den Kondensator 17 gegeben und von diesem geglättet. Die Ladung des Kondensators 17 kann über die Widerstände 18, 19, 23 abschließen. Der gesamte Widerstandswert ist dabei im wesentlichen durch 19 bestimmt. Bei einer entsprechenden Aufladung des Kondensators 17 erhält der Transistor 21 somit keinen Ansteuerstrom und sperrt. Dann sperrt ebenfalls der Transistor 29 und an der Klemme 31 liegt praktisch Betriebsspannung an.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich zwar ebenfalls mit einem Oszillator erstellen, der eine transformatorische Rückkopplung besitzt, jedoch weist die im Ausführungsbeispiel angegebene Schaltungsanordung unter anderem folgende besondere Merkmale auf: Bei einer Änderung der an der Leitung 30. anliegenden Betriebsspannung ändern sich sowohl die von der Oszillatorschaltung I abgegebenen Stromspitzen wie auch der durch den Widerstand 19 bestimmte Strom in gleicher Weise. Dies ergibt eine gewünschte Kompensation. Liegen weiter die Widerstände 9, 10 sowie der Widerstand 19 in der gleichen Größenordnung und weisen das gleiche Verhalten gegenüber äußeren Einflüssen {z. B. Temperatur) auf, so werden auch diese Einflüsse weitgehend kompensiert. — Da außerdem durch Gegenkopplung (Widerstände 2, 15, 8) die Oszillatorschaltung I gegenüber Änderungen von Transistoreigenschaften sowie Temperatureinflüssen stabilisiert ist und auch eine Temperaturstabilisierung des Ansprechwertes der Kippschaltung II durch Entgegenschaltung der Diode 16 mit der Basis-Emitterstrecke des Transistors 21 vorliegt, ergibt sich insgesamt eine sehr große Unabhängigkeit der Eigenschaften der im Ausführungsbeispiel angegebenen Schaltungsanordnung.

Sobald ein elektrisch leitender Gegenstand der Spule 4 genähert wird, ergibt sich eine entsprechende Dämpfung der Schwingungen des Schwingkreises 4,6. Die dem Kondensator 17 zugeführten Stromspitzen werden kleiner und der Transistor 21 wird angesteuert. Das Kippglied II schaltet. Trotz des Schaltens, schwingt jedoch der Oszillator 3.4.6 mit fast unveränderter Amplitude weiter. Dadurch ergibt sich einegroße Schaltfrequenz; denn eine Änderung des von 31 abgegriffenen Ausgangssignals ist nicht mit einem Schwingen oder NichtSchwingen des Oszillators verbunden.

Die mit der.Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Schaltungsanordnung für Initiatoren von Steuereinrichtungen erstellt wurde, die eine Ansteuerung auf große Entfernungen gestattet, eine hohe Schaltfrequenz besitzt und weitgehende Unabhängigkeit gegenüber Änderungen der Betriebsspannung aufweist. Darüber hinaus ergibt sich bei der Schaltung des Ausführiingsbeispiels eine große Stabilität gegenüber Temperatureinflüssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

.1 '■

■ι','

Claims (3)

1 2 selben von einem ferromagneüscben oder elektrisch Patentansprüche: leitenden Körper gesteuert wird. Dieser Körper ist dabei mit dem beweglichen Teil verbunden, dessen

1. Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Position erfaßt werden soll. Es ergibt sich somiiin Eingangsgröße mittels einer Oszillatorschaltung, 5 Abhängigkeit von der Position des ferromagnetiscnen bei der die Schwingungen des Oszillators mittels oder elektrisch leitenden Körpers eine Beeinflussung einer Gleichrichterschaltung in ein Signal für des Schwingens des Oszillators, das in ein Signal fur nachgeschaltete Glieder umgeformt werden, da- nachgeschaltete Glieder der Steuereinrichtung umgedurch gekennzeichnet, daß ein Span- formt wird.

nungsteiler (20, 24) vorgesehen ist, der über eine io Es ist bereits eine Schaltungsanordnung für Initia-Strommeßeinrichtung (23, 19, 21) und eine toren von Steuereinrichtungen bekannt, bei der mn Trenndiode (16) mit einem Punkt (5) des tels einer Oszillatorschaltung kontakt- und beruh-Schwingkreises (4,6) des Oszillators (I) derart rungslos eine Eingangsgröße erfaßt wird (Siemensverbunden ist, daß sich durch den Spannungstei- Zeitschrift (1965), Heft 4, S. 394). Die Schwingungen ler (20, 24) ein Ansprechwert der Strommeßein- 15 des Oszillators steuern einen induktiv angekoppelten richtung (23, 19, 21) bei einer bestimmten Kippverstärker, dem das Oszillatorsignal über eine Schwingungsamplitude des Schwingkreises (4,6) Diode und einen Giättungskondensator zugefühn ergibt. wird. Der Oszillator besitzt eine transformatoriscru

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Rückkopplung. Dabei sind in einer offenen Scha durch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrich- 20 lenkernhälfte die Wicklungen der Schwingkrcisspuk tung (23, 19, 21) von der Basis-Emitterstrecke der Rückkopplungsspule und der Abfragespule uneines Eingangstransistors (21) und mindestens tergebracht. Für die häufig gewünschte Unterbrin einem an die Basis angeschlossenen Ansteuer- gung der Spulen in einem gesonderten Tastkopf, dui widerstand (19) gebildet wird. entsprechend der jeweils vorliegenden Steuerungsauf

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- a₅ gäbe ausgebildet ist, ergeben sich Schwierigkeiten, d; durch gekennzeichnet, daß der Eingangstransistor mehr als zwei Anschlußdrähte benötigt werden (21) mit einem weiteren Transistor (29) in einer Außerdem ist die Gefahr einer Verwechslung der Kippschaltung (II) angeordnet ist, wobei ein Anschlußdrähte gegeben. Der Oszillator wird durch Rückkopplungswiderstand (22) an einen Verbin- einen in das Streufeld der Spulen gebrachten elekdungspunkt von zwei Widerständen (19, 23) ge- 30 trisch leitenden Gegenstand gesteuert, wobei sich in schaltet ist, die einen mit der Basis des Eingangs- diesem Wirbelströme ausbilden, die dem Schwingtransistors (21) verbundenen Spannungsteiler kreis Energie entziehen. Der Ansteuerung des Oszilbilden. lators und damit der Abgabe eines Signals entspricht