DE1811456A1 - Sparschaltung fuer batteriebetriebene Empfaenger - Google Patents

Sparschaltung fuer batteriebetriebene Empfaenger

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Description

,PATENTANWÄLTE
DR. HUGO WILCKEN · DIPU-ING. TH. WILCKEN '81 1 A 5 6
D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54
. ' 26. November 1968
Th.W./L
Anmelder:
PIE LIMITED, Radio Works,St.Andrews Road, Cambridge,England
Sparschaltung für batteriebetriebene Empfänger (Zusatz zum Hauptpatent 1 276 760)
Die Erfindung betrifft eine Sparschaltung für einen batteriebetriebenen Empfänger, bei der der Speisestrom des Empfängers beim Ausbleiben eines Empfangssignals gedrosselt wird und die eine Halbleiterschaltervorrichtung aufweist, die den Strompfad zum Empfänger abwechselnd leitend und nicht leitend macht und die bei Empfang eines Empfangssignals, auf das der Empfänger ansprechen kann, in eingeschalteter Stellung gehalten wird nach dem Hauptpatent 1 276 760.
Bei vielen batteriebetriebenen Radioempfängern und insbesondere bei solchen Empfängern, die man unauffällig am Körper trägt,also z. B. in der Brusttasche eines Jacketts, ist die Größe der Batterie von vornherein begrenzt, und Einrichtungen zum Einsparen von Batterieverbrauch durch den Empfänger ergeben bei einer bestimmten Batteriegröße eine längere Arbeitsperiode, bevor die Batterie ersetzt oder neu aufgeladen werden muß.
Eine wirtschaftliche Gestaltung des Batterieverbrauchs wird dann sehr wichtig, wenn man Empfänger von der Art verwenden will, die den Träger aufmerksam machen sollen, wenn ein Signal gesendet wird, weil derartige Empfänger in einigen Fällen von den Personen über längere Zeiträume getragen werden können und weil man nur
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- 2 einen Ruf in Notfällen oder dgl. wünscht.
Im Hauptpatent 1 276 760 ist eine Batteriesparschaltung beschrieben, die einen Multivibrator aufweist, dessen Zeichen/Raum-Verhältnis bzw. dessen Tastverhältnis geringer als das der Einheit ist, die einen Transistorschalter in der Versorgungsleitung zum Empfänger steuert, wobei eine Verhinderungsschaltung bzw. ein Haltekreis den Multivibrator außer Betrieb und den Transistorschalter geschlossen hält, wenn ein Signal empfangen wird.
Bei einigen Empfängern, und zwar z.B. solchen, die mit einer festen Frequenz arbeiten und eine Kristallsteuerung der darin befindlichen heterodynen Oszillatoren verwenden,ist eine stabilisierte konstante Spannung zur Erzielung optimaler Ergebnisse von Vorteil. Die stabilisierte Spannung sollte vorzugsweise gMch oder etwas geringer als die Spannung am Ende der Batterielebensdauer sein, so daß. eine maximale Ausnutzung erzielbar ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer einfach und sicher arbeitenden Batteriesparschaltung zur Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsspannung.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Batteriesparschaltung mit einem Halbleiterschalter ausgerüstet, der die Stromversorgung zum Empfänger steuert und gleichfalls als Reihenstabilisierungselement einer im wesentlichen konstanten Spannungsversorgung · dient, welche die Versorgung des Empfängers durchführt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Sparschaltung Einrichtungen zum Schutz des Schaltkreises gegen Kurzschlüs-,se in der Versorgungsleitung. '
Die Erfindung wird nunmehr anhand der anliegenden Zeichnungen« V-
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im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Multivibratortyps, bei -■■-■;■ ■-. ..-"-.-■ der eine angezapfte Versorgungsbatterie oder
zwei Batterien verwendet werden,
Fig. 2 ein Schaltbild eines ähnlich aufgebauten MuI-..".:: tivibrators, bei dem eine einzelne nicht an
gezapfte Batterie zur Anwendung gelangt,
Fig. 3 ein Schaltbild eines Multivibrators, welches
gleichzeitig einen Teil des Schaltkreises nach Fig. 5 bildet,
Fig. 4 einen anderen Teil des Schaltkreises nach Fig. 5 und Einrichtungen zur Spannungsstabilisierung und
Fig. 5 ein Schaltbild eines Empfängerteils, bei dem eine Ausführungsform der Batteriesparschaltung und Stabilisierungsschaltung nach der Erfindung zur Anwendung gelangt.
Eine bekannte Version eines emittergekoppelten astabilen Multivibrators ist in Fig. 1 mit den Transistoren TRA und TKB gezeigt, denen Kollektorwiderstände RC und RL und Emitterwiderstände RE1 und RE2 entsprechend zugeschaltet sind. Zur Erzielung einer guten Stabilität des Tastverhältnisses und der Wiederholungsrate bzw. Impulsfolge ist die Spannung VEE beträchtlich größer als die Spannung VCG gemacht, während die Widerstände RE1. und RE2 im Verhältnis zu RC und RL groß gewählt wurden. Die Ausgangsspannung bzw. der Pegel an der Klemme A ist jedoch klein.
Wenn nur zwei Versorgungsschienen bzw. -leitungen zur Verfügung stehen, was bekanntlich oft der Fall ist, wird ein Spannungsteiler mit Widerständen R1 und R2 verwendet, um die Basis des Transistors TRA zu speisen, wie Fig. 2 zeigt. Bei einem solchen Schaltkreis bestimmt die Kapazität C in Verbindung mit dem Widerstand RE1 hauptsächlich die Einschaltzeit eines Schaltertransistors TRC, wenn der Widerstand RL klein ist, während ein
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Widerstand RE2 zur Hauptsache die Ausschaltzeit bestimmt, wenn der Widerstand RC klein ist, wobei zur Erreichung einer kurzen · Einschaltzeit der Widerstand RE1 klein gehalten werden muß. Um den vom Multivibrator im ausgeschalteten Zustand durchgelassenen Strom zu verringern, d.h., wenn TRA leitet, TRB und TRC nicht ■ leiten und wenn.keine Ausgangsspannung an der Klemme B liegt, muß die Spannung VB klein sein, wobei bei dieser Arbeitsweise der Wert von VEE des Transistors TRA eine sehr wichtige Rolle spielt, und zwar in Bezug auf Stabilitätsverluste aufgrund des großen Wertes von VEE im Multivibrator nach Fig. 1.
Um diese Stabilität- wiederzuerlangen, kann der Schaltkreis gemäß Fig. 3, der einen Teil des in Fig. 5 gezeigten Schaltkreises bildet, zur Anwendung gelangen, in*dsm Widerstände R8 und R9 jeweils Widerständen R11 und R10 gleich sind und in dem eine Diode D1 in der Potentxometerkette vorgesehen ist und die Basis des Transistors TR3 an die Verbindung zwischen Widerstand R8 und Diode D1 angeschlossen ist. Der Transistor TR3 und die Diode D1 sollten ~ aus demselben Material bestehen, also beispielsweise beide aus Silizium oder Germanium.
Im eingeschalteten Zustand, bei dem die Transistoren TR4 und TR6 leiten und Strom an der Klemme C abgenommen werden kann, schaffen die in Reihe geschalteten Dioden D2 und D3 im 'Kollektorkreis von TR4 eine konstante Spannung in Bezug auf die positive Versorgungsleitung, wobei man andererseits diese Spannung auch dadurch erhal*· . . ten kann, daß Strom durch sie aus einer anderen Quelle als TR4 geführt wird. Der Widerstand der Dioden D2 und D3 ist im Einschaltzustand niedrig, und somit kann bei einem gegebenen Wert \ des Widerstands R10 ein Minimum an wirtschaftlicher Versorgungs-
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- 5 -ausschaltzeit erzielt werden.
Im Reihenstabilisierungskreis nach Fig. 4, der ebenfalls einen Teil der Fig. 5 bildet, ist der Strom I gleich der Summe des Basisstroms IB des Transistors TR7 und des Stroms IZ durch die Zenerdiode D5. Der Basisstrom IB kann sich vom Wert 0 (Näherungs-, wert) bis zum Wert Il(Maximum) /HFC ändern, und für einen maximalen Stabilisierungsbereich sollte der Strom I nicht kleiner als IZ (Minimum) plus IL (Maximum)/HFC sein, wobei IZ (Minimum) *
der minimale Strom ist, der zur Aufrechterhaltung des Zenerbe- ^ triebs notwendig ist, während HFC die Emitterfolgerstromverstärkung des Transistors TR7 und IL (Maximum) der maximale Strom: durch die Belastung L ist. Wenn der Strom I auf 0 reduziert wird,j wird ebenfalls IL auf den Wert 0 gebracht und der Stabilisierungskreis ist ausgeschaltet, während, wenn I über den Wert IZ (Minimum) plus IL (Maximum) /HFC ansteigt, die Stabilisierungswirkung aufrechterhalten wird, jedoch der überschüssige Strom durch die Zenerdiode D5 abfließt und verlorengeht. Der Strom I kann auf nahezu dem optimalen Wert gehalten werden, indem er aus einer A
Eonstantstromquelle bezogen wird, also z.B. aus dem Transistor ! TR6 mit Emitterwiderstand R 14.
Bei dieser Ausführungsform werden durchweg Siliziumhalbleiter verwendet, so daß der Wert VBE eines leitenden iransistors und die Einschaltspannung einer Diode jeweils o,7 Volt betragen. Die am Widerstand R14 liegende Spannung ist somit o,7 Volt (zwei χ 0,7 minus 0,7), und somit ist der Emitterstrom des Transistors TR6 gleich o,7/R14, während der Kollektorstrom I nahe-, zu den gleichen Wert hat.
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In der kombinierten Spar- und Stabilisierungsschaltung nach Fig. 5, bei der für gleiche Bauteile wieder die entsprechenden gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, sorgen die Dioden D2 und D3 für eine konstante Spannungsversorgung der Basis des Transistors TR6 und schaffen gleichfalls eine niedrige Widerstandsbelastung für den emittergekoppelten Multivibrator mit den Transistoren TR3 und TR4o Wenn nun der Transistor TR3 leitet, leiten die Transistoren TR4,TR6 und TR? nicht, und an der KHänme D liegt keine Ausgangsspannung» Wenn der Transistor TR3 nicht leitet, sind die Transistoren TR4? TR6 und TR? durchgeschaltet bzw. eingeschaltet,und die Spannung an der Klemme D wird durch die !Henerspannung der Zenerdiode D5 bestimmt und stabilisiert und 'als Versorgung für die übrigen Teile des Empfängers verwendet.
Ein Signal, welches während der Zeit empfangen wird, wenn dem Empfänger leistung zugeführt wirdj, kann eingesetzt und ausgewertet werden, um einen Zusatzstrom durch den Widerstand R8 über · die Klemme E zu ziehen und somit den Spannungsabfall an diesen Widerstand auf nahezu den Wert der Batterieversorgungsspannung zu erhöhen,, wodurch der Transistor TR3 mit dem außer Betrieb befindlichen Multivibrator im nichtleitenden Zustand gehalten wird und eine stabilisierte Spannung an der Klemme D während der Signaldauer erhältlich ist« Sollte jedoch eine schwere Überlastung, z.B. ein Kurzschluß, während dieser Zeit an der stabilisierten Versorgung auftreten, so könnte der Schaltertransistor TR? zerstört werden. Um dieses zu verhindern werden der Transistor TR5 mit den zugeordneten Widerständen R13,R15 - R17 und die Diode D4 verwendet. Die Widerstände R15 und R16 bilden ein Pötentiome-
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ter zwecks Schaffung einer Spannung YR, mit der der Emitter des Transistors TR5 gespeist wird. Um einen Stromabfluß zu vermeiden, wenn die Sparschaltung außer Betrieb ist, werden diese Bauteile parallel zur Zenerdiode D5 als Yortell für die Batterie Y geschaltet. Ein während der Einschaltperiode empfangenes Signal kann dazu benutzt werden, um eine positive Haltespannung der Klemme F von ausreichender Amplitude zuzuführen, um den Transi- ; stör TR5 zum Leiten zu bringen. Der Kollektorstrom fließt dann durch den Begrenzungswiderstand R13 und die Dioden D2 und D3, ™ um TR6 und TR7 leitend zu halten,während" der astabile Multivibrator mit den Transistoren TR3 und TR4 weiterläuft. Wenn die Haltespannung geringer als TR ist, wird der Transistor TR5 durch den Widerstand R17 nichtleitend gehalten, wenn die stabilisierte Spannung eingeschaltet ist, also an der Klemme D zur Verfügung ■, steht, und andererseits durch die Diode D4, wenn die Sparschaltung sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Wenn die Haltespannung größer als YR ist, kann der Transistor TR5 einschalten und die stabilisierte Versorgung eingeschaltet halten. Sollte M sich bei der Übertragung der Haltespannung eine Verzögerung z.B. aufgrund von Zeitkonstanten ergeben, so wird der fortdauernde Lauf des Multivibrators sicherstellen, daß der Transistor TR5 bei der nächsten Einschaltperiode in den leitenden Zustand geschaltet wird.
Ein Kurzschluß in der stabilisierten Versorgungsleitung würde den Empfänger außer Betrieb setzen, aber es würde aufgrund des intermittierenden Betriebs des Schaltertransistors TR7 unter dem Einfluß des Multivibrators kein Schaden durch übermäßige Energieverluste entstehen.Sollte ein Kurzschluß während einer
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Periode auftreten, wenn gerade eixi& Haltespannung Vorliegt, s# . wird die Diode D4 leiten.,; um das Basispotential von: TE5 hersbzEp setzen und diesen Transistor am Leiten zu hindern,: jüjq, - so. -de%.^ .■ Schaltkreis in einen Kreis umzukehren, der durch den lultivibrator gesteuert wird, wodurch der Transistor TR? gegen eine übermäßige Dissipation; "bzw. gegen hohe Energieverluste gescMitζt wird. . -
Ein Weg zur Erzielung1 einer· Halte spannung geht aus Fig. 5 hervor, "bei der die Transistoren TRT utid TR2 einen Schmitt-Trigger mit dem normalerweise leitenden Transistor TRT "bilden.: Der Kollektor von TRI und "des-halb auch die Hemme F werden dann auf niedrigem Potential liegen, und zwar attfgrund des Spannungsabfalls am Widerstand E4, der den Kollektorwiderstand des Transistors TRi: bildet. Wenn ein empfangenes Signal einen aiisreicheiäden Strom durch den Widerstand RX aus der Klemme G fließen MM* wird der Schmitt-Trigger in Betriet) gesetzt, der Transistor TRt hört auf zu leiten r und sein Kollektor und die Klemme F werden unter Vernachlässigung des Basisstroffis des- Transistors TR5 das Potential der Batterie ? erhalten bzw. annehmen, wodurch die stabilisierte Versorgung: eingeschaltet gehalten" wird»
Damit diese stabilisiert© Versorgung z^B. nicht wahrend kurzer Pausen, die ±n einem Signal auftreten-* gesehaltet wird* kann dM lialtespaianung s©; gewählt werde® bzw. besehaff en seiü, daß sie· ' laiige; genug auftritt, um goOiete Pausen- zm Äerdeekeii. Die Halte-Spannung; kaiao mit Hilfe der iiadiang eines loiidensgtters- asfrexsfet-erhalten, bzw« fortdamernd gemacht werden> der· zwischen der Erdleitung mndl dier Hemme F? mit^ einer Mode liegte die; den Plärliz. der Verbindung zwischen- dem K-öllektör vo@ IMI wma diies;er! Klemme-
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•einnimmt. Andererseits können der Kondensator und die Diode in einem Schaltkreis vor der Klemme G oder vor der Klemme E liegen, wenn diese Klemme dazu verwendet wird, den Transistor TR3 nichtleitend zu halten.
Der Kondensator CD spielt an sich für das Arbeiten des Schaltkreises keine Rolle, er ist allerdings dazu vorgesehen, uner-r wünschte Radiofrequenzen bzw. Hochfrequenzeffekte auszuschalten.
Der beschriebene Schaltkreis schafft eine bleibende Leistungsfähigkeit, die in weitem Umfang unabhängig von ProduktionsStreuungen der einzelnen Bauteile, von Temperatur und Batteriespannung ist. Die im Stabilisierungskreis verlorengehende Leistung ist gering, und die Batteriespannung kann auf mehr als ein Volt oberhalb des stabilisierten Ausgangs abfallen, bevor die Stabilisierungswirkung aufhört. Zusätzlich sind bleibende große Sparverhältnisse in der Größenordnung von 5o : 1 (Ein : Aus) erzielbar.
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Claims (7)

  1. PATENTANWÄLTE
    DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. TH. WILCKENI 81 1456
    D - 24 LÜBECK, BREITE STRASSE 52-54
    ' 26.November'1968
    Th.W.
    Anmelder:
    PIE LIMITED, Radio Works, St. Andrews Road, Cambridge,England
    Patentansprüche
    .· Sparschaltung für einen batteriebetriebenen Empfänger, bei der der Speisestrom des Empfängers beim Ausbleiben eines Emfpangsignals gedrosselt wird und die eine Halbleiterschaltervorrichtung aufweist, die den Strompfad zum Empfänger abwechselnd leitend und nichtleitend macht und die bei Empfang eines 'Empfangssignals , auf das der Empfänger ansprechen kann, in eingeschalteter Stellung gehalten wird nach dem Hauptpatent 1 276 760, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltervorrichtung als Reihenstabilisierungselement einer im wesentlichen konstanten' Spannungsversorgung geschaltet ist, welche die Leistungsversorgung des Empfängers bildet.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltervorrichtung mindestens einen Transistor aufweist und daß mindestens eine Diode eine konstante Spannung für die
    . Basis dieses Transistors erzeugt.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die Diode gleichfalls eine niedrige Widerstandsbelastung eines MuI-tivibratorkreises bildet, der das Schalten der Schaltervorrichtung steuert.
  4. 4. ·.Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
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    daß, wenn die Schaltervorrichtung eingeschaltet ISt1 die Spannung, die zum Empfänger geführt wird, mit Hilfe einer Zenerdiode stabilisiert wird.
  5. 5« Schaltkreis nach Anspruch 1,2,3 oder 4, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen zum Schutz gegen Zerstörung im Fall einer " schweren Überlastung, wie z.B. einen Kurzschluß, auf der stabilisierten Versorgungsleitung zum Empfänger.
  6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen einen weiteren Transistor und eine weitere Diode enthalten und daß der Emitter des weiteren Transl-
    ■ stors aus einem Potentiometer gespeist wird, welches parallel zur Zenerdlode liegt.
  7. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Empfänger empfangenes Signal der Verbindung zwischen dem weiteren Transistor und der weiteren Diode zugeführt wird und diesen Transistor während der Zeitdauer leitend hält, während das Signal empfangen wird und die Schal testvorrichtung eingeschaltet ist, um dem Empfänger Strom zuzuführen.
    B« Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine überlastung oder ein Kurzschluß auf der stabilisierten Versorgungsleitung auftritt, die weitere Diode leitet und den weiteren Transistor -veranlaßt auszuschalten, um die Schalter-trbrriehtung gegen übermäßige LeistungsTrerluste bzw. Disslpati- om mti schlitzen:.
    9- S&iialtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das der zwischen dem weiteren Transistor und der weiteren Signal -vom einem Scl^ttt-fe-TrlggTir Kreis
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    fert wird, der wiederum in Abhängigkeit von einem empfangenen Signal betrieben wird.
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DE1811456A 1967-11-30 1968-11-28 Sparschaltung für batteriebetriebene Empfänger Expired DE1811456C3 (de)

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