DE2203040B2

DE2203040B2 - Elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät

Info

Publication number: DE2203040B2
Application number: DE2203040A
Authority: DE
Inventors: Robert 8990 Lindau Buck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1972-01-22
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2203040A1

Description

mit einer Anzapfung verwenden zu müssen, bereits aufwendig. Hinzu kommt aber, daß in zunehmendem Maße, elektronische Schaltungen integriert werden und daß bei integrierten Schaltungen die aus der inteerierten Schaltung herauszuführenden Anschlüsse aufwendig sind. Würde man also die den »«kannten elektronischen Schaltgeräten zugrunde hegenden Schaltungen integrieren, so wurden fur d.e Spule v,er

oder zumindest drei Anschlüsse benötigt.

Im übrigen sind Oszillatoren bekannt (vgl. die Literaturstelle »Handbook of Semiconductor Electronics« von Llyod P. H u η t e r, Ito6, Mec Graw Hill Book Com., Kapitel 14-8, F i g. U.5 a), bei denen der Kollektor des Verstärkertransistors transformatoren, d.h. über eine Rückkopplungsschaltung ohne Phasendrehung, auf den Emitter des Verstärkertransistors rückgekoppelt ist. Auch bei diesem Oszillator «ird also eine Spule mit zwei Wicklungen benötigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, daß bekannte, im einzelnen erläuterte elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgerat hinsichüich des Oszillators so auszugestalten und weiterzubilden, daß es mit weniger Aufwand hergestellt und insbesondere besser integriert werden kann.

Das erfindungsgemäße elektronische, beruhrungslos arbeitende Schaltgerät, bei dem diese Aufgabe uelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet daß, wie an rieh bekannt, der Kollektor des Verstarkertransistors ab Standes

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den der Sollwert des Schw, _der p_{raxis tret}en jedoch _{1 verwendeten} Bauteile bedem Istwert des

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muß be ^ ^ _dem

_{η dem die} Erfindung aus- ^ _ch ._{q bekkn}

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^^u™_rkl'_{einern und zw}ar dadurch,

^ oder dem anderen Span_{iderstand paral}

wrd dies°er Abgleichwiderstand so kann über den einstellbaren _b'_etriebsn«ßig der Schaltabstand _beka„„teneletoo»clien, Schaltgerät, von dem die _Abgleichwiderstand par_D ⁸ _{a dem} Emitterwider-

gJg^J^^ _{Da de}

!I_nH in der Reeel auch eine Temperaturkompensastand in de: Kegel au ^c-Widerstand und

^M geschaltet ist des Schaltabstandes auch d. h., eine Verände-

30

'stör aufweist, daß der Emitter des RückkopplungS-transistors über einen Spannungsteiler mit dem M₁-„uspol der Hilfsspannung verbunden und der Emitter des Verstärkertransistors über einen Emittenviderstand an den Abgriff des Spannungsteilers angeschlossen ist und daß die Basis des Verstarkertransistors auf einem festen, also zeitlich unveränderlichen Potential liegt. Der durch d^e Erfindung erreichte Vorteil ist zunächst dann zu sehen daß der Oszillator des erfindungsgemäßen Schaltgerates nur eine Schwingkreisinduküvität aufweist, eine Ruckkopplunpinduktivität also nicht benotigt wird. Im Ergebnis ist also das elektronische berührungslos arbeitende Schaltgerät, von dem d.e Erfindung ausgeht, hinsichtlich des Oszillators so ausgestaltet und weitergebildet worden, daß es mit weniger Aufwand hergestellt und insbesondere besser integnert werden kann. Da erfindungsgemäß die Basis des Verstärkertransistors auf einem festen, also zeitlich unveranderliehen Potential liegt, liegt auch der Emitter de Ver-Stärkertransistors auf einem zeitlich unveränderlichen Potential; der Verstärkertransistor ist also stromgesteuert, und zwar vom AbgrÄ de. Sjinnungstelers über den Emitterwiderstand Am Abgriff d^ Span-„ungsteilers liegt nämlich die hochfrequente Wechselspannung, die vom Kollektor des Verstarkertrans,-stors über den als Emitterfolger geschatteten Ruck-

die

zu

erl.dungsgemäßen Schalt-

eine weitere Lehre der Erfindung ^ Verstärkertransistors über zu- ^^™*^ _{an den} Pluspol der ™jdest^e.ne Vo«^chJ _{es $ich empfiehlt},

™^fs^™^^g _d ^anZU _v ^C _orschaltdiode über einen BeIa-K^d ^ _{dem Emitter des} Verstärker" der Hilfsspannung mm_S^ ist die Basis des

_über ^B _zwei in Reihe geschaltete ^ _H._lfespannung

r im Kollektorkreis des Verstar-Parallelschwingkreis an

^r beiden Vorschaltdioden ange-J dung ^^ ^^. _vorzugs_

schlossen -^Af ^_Uer._{Strecke eines} Transistors vorweise die Baas^m1 ^^ _{ßasis yerbun}.

gesehen, dessen noii

to|sL beschriebenen Maßnahmen wird

^^^fd^pUtude der vom Oszillator

eme Vergroberung _μ ^ insbesondere

^^gt;ⁿ _en^^^nS _der ^P _angegebenen Weise zwei Vordann^ wenn in.an f* _{Durch den zweck}-

A gesehenen B.lastungswiderstand

JJ⁸^ vorgegebener Strom durch die Vorschaltwird e.r^ vorgegeo Vorschaltdioden em

Sai S^Sp?nnungsabfall entsteht, der Kollektor

_οϊ"ι ansistors also auf einem höheren

tenden Schaltgerät, von dem die angewandten Spannungssteuerung der Verstärkertransistor e.ne „e_g,

gwandten Spannguerung^^ V der Verstärkertransistor e.ne wesentlich höhere Grenzfrequenz hat.

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen, beruh-

ung ausgeht dessen basis. Vorteil daß a₅

Erfindung an Hand einer „„ρρ darstellenden Ze.ch-.^^ _{er]ämert Es zeigt} _d Blockschaltbild eines erfindungsgema-

ßen elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerätes und

F i g. 2 den Oszillator des elektronischen Schaltgerätes nach Fig. 1.

Das in der F i g. 1 dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet berührungslos, d. h., es spricht auf ein sich annäherndes, in der F i g. 1 nicht dargestelltes Metallteil an, und ist über einen Außenleiter 2 mit einem Pol 3 einer Spannungsquelle 4 und nur über einen weiteren Außenleiter 5 mit einem Anschluß 6 einer Verbrauchers 7 verbindbar, wobei der andere Anschluß 8 des Verbrauchers 7 an den anderen Pol 9 der Spannungsquelle 4 angeschlossen ist.

In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht das in der F i g. 1 dargestellte elektronische, d. h. kontaktlose Schaltgerät 1 aus einem von außen, nämlich durch das Metallteil, beeinflußbaren, d. h. bedämpfbaren Oszillator 10, einem von dem Oszillator 10 über eine Kippstufe 11 steuerbaren Thyristor 12 (oder einem anderen elektronischen Schalter) und einer Speiseschaltung 13 zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator 10 und die Kippstufe 11.

Wie die F i g. 2 zeigt, weist der Oszillator 10 zunächst einen Verstärkertransistor 14 und einen im Kollektorkreis des Verstärkertransistors 14 liegenden Parallelschwingkreis 15 auf. Der Parallelschwingkreis 15 besteht aus einer Schwingkreisinduktivität 16, einer Schwingkreiskapazität 17 und einem Verlustwiderstand 18. In der praktischen Ausführung wird der Parallelschwingkreis 15 durch eine einzige Spule dargestellt. Diese Spule stellt also sowohl die Schwingkreisinduktivität 16 als auch die Schwingkreiskapazität 17 und schließlich den Verlustwiderstand 18 dar.

Der Kollektor 19 des Verstärkertransistors 14 ist über eine Rückkopplungsschaltung 20 ohne Phasendrehung auf den Emitter 21 des Verstärkertransistors 14 rückgekoppelt, während die Basis 22 des Verstärkertransistors 14 auf einem festen, also zeitlich unveränderlichen Potential liegt. Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät 1 wird der Verstärkertransistor 14 also emittergesteuert betrieben. Dadurch, daß zwischen dem Emitter 21 des Verstärkertransistors 14 und dessen Kollektor 19 keine Phasendrehung auftritt, braucht auch mit der Rückkopplungsschaltung 20 keine Phasendrehung erreicht werden, eine Rückkopplungsinduktivität (oder Rückkopplungskapazität) wird also nicht benötigt. Die Rückkopplungsschaltung 20 weist einen als Emitterfolger geschalteten Rückkopplungstransistor 23 auf. Der Emitter 24 des Rückkopplungstransistors 23 ist über einen aus zwei Spannungsteilerwiderständen 25, 26 bestehenden Spannungsteiler 27 mit dem Minuspol 28 der Hilfsspannung verbunden. Der Emitter 21 des Verstärkertransistors 14 ist über einen Emitterwiderstand 29 an den Abgriff 30 des Spannungsteilers 27 angeschlossen.

Da die Basis 22 des Verstärkertransistors 14 erfindungsgemäß auf einem festen, also zeitlich unveränderlichen Potential liegt, liegt auch der Emitter 21 des Verstärkertransistors 14 auf einem zeitlich unveränderlichen Potential; der Verstärkertransistor 14 ist also stromgesteuert, und zwar vom Abgriff 30 des Spannungsteilers 27 über den Emitterwiderstand 29. Am Abgriff 30 des Spannungsteilers 27 liegt nämlich die hochfrequente Wechselspannung (etwa 250 bis 500 kHz), die vom Kollektor 19 des Verstärkertransistors 14 über den als Emitterfolger geschalteten Rückkopplungstransistors 23 und den Spannungsteiler 27 an den Abgriff 30 des Spannungsteilers 27 gelangt.
Durch den Emitterwiderstand 29 und die beiden

ίο Spannungsteilerwiderstände 25, 26 des Spannungsteilers 27 wird ein Rückkopplungsfaktor festgelegt, der dem Sollwert des Schaltabstandes entsprechen soll. In der Praxis treten jedoch durch die Toleranzen der Bauteile bedingte Abweichungen des Istwertes des Schaltabstandes von dessen Sollwert auf, so daß ein Abgleich erforderlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät besteht die Möglichkeit, diesen Abgleich in beiden Richtungen vorzunehmen, also den Schaltabstand zu verkleinern, und zwar dadurch, daß entweder dem einen oder dem anderen Spannungsteilerwiderstand 25 bzw. 26 ein Abgleichwiderstand 31 parallel geschaltet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abgleichwiderstand 31 dem Spannungsteilerwiderstand 26 parallel geschaltet. Der Schaltäbstand kann im übrigen auch durch Parallelschaltung des Abgleichwiderstandes 31 zum Emitterwiderstand 29 verkleinert werden.

Wie die F i g. 2 zeigt, ist dem Emitterwiderstand 29 eine Temperaturkompensationsschaltung 32 aus einem NTC-Widerstand 33 und einem Anpassungswiderstand 34 parallel geschaltet. Die Temperaturkompensationsschaltung 32 dient vor allem der Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Verlustwiderstandes 18 des Parallelschwingkreises 15.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Basis 22 des Verstärkertransistors 14 über zwei Vorschaltdioden 35, 36 mit dem Pluspol 37 der Hilfsspannung verbunden und ist der im Kollektorkreis des Verstärkertransistors 14 angeordnete Parallelschwingkreis 15 an die Verbindung der beiden Vorschaltdioden 35,36 angeschlossen. Die Kathode 38 der Vorschaltdiode 35 ist über einen Belastungswiderstand 39 mit dem Emitter 21 des Verstärkertransistors 14 verbunden. Im übrigen ist als Vorschaltdiode 35 bzw. 36 jeweils die Basis-Emitter-Strecke 40 bzw. 41 eines Transistors 42 bzw. 43 vorgesehen, dessen Kollektor 44 bzw. 45 mit dessen Basis 46 bzw. 47 verbunden ist. Durch die zuletzt beschriebenen Maßnahmen wird eine Vergrößerung der Amplitude der von dem Oszillator 10 erzeugten Wechselspannung erreicht. Durch den Belastungswiderstand 39 wird ein vorgegebener Strom durch die Vorschaltdioden 35, 36 gezogen, so daß an den Vorschaltdioden 35, 36 ein definierter Spannungsabfall entsteht, der Kollektor 48 des Rückkopplungstransistors 23 also auf einem höheren Potential liegt als der Kollektor 19 des Verstärkertransistors 14, während der Kollektor 19 des Verstärkertransistors 14 wiederum auf einem höheren Potential liegt als dessen Basis 22.

Schließlich ist bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Schaltgerät 1 eingangsseitig noch eine Gleichrichterbrücke 49 vorgesehen, da die Spannungsquelle 4 Wechselspannung führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft ein elektronisches, berüh- Patentansprüche: rungslos arbeitendes Schaltgerät, das über einen Außenleiter mit einem Pol einer Spannungsquelle und

1. Elektronisches, berührungslos arbeitendes nur über einen weiteren Außenleiter mit einem An-Schaltgerät, das über einen Außenleiter mit einem 5 Schluß eines Verbrauchers (dessen anderer Anschluß Pol einer Spannungsquelle und nur über einen an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlosweiteren Außenleiter mit einem Anschluß eines sen ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von außen Verbrauchers (dessen anderer Anschluß an den beeinflußbaren, einen Verstärkenransistor und einen anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen im Kollektorkreis des Verstärkertransistors liegenden ist) verbindbar ist, bestehend aus einem von io Parallelschwingkreis aufweisenden Oszillator, einem außen beeinflußbaren, einen Verstärkertransistor von dem Oszillator, gegebenenfalls über eine Kipp- und einen im Kollektorkreis des Verstärkertran- stufe, steuerbaren Thyristor (oder einem anderen sistors liegenden Parallelschwingkreis aufweisen- elektronischen Schalter) und einer Speiseschaltung den Oszillator, einem von dem Oszillator, gegebe- zur Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator nenfalls über eine Kippstufe, steuerbaren Thyri- 15 und gegebenenfalls für die Kippstufe.

stör (oder einem anderen elektronischen Schalter) Elektronische Schaltgeräte der eingangs beschrie- und einer Speiseschaltung für Erzeugung der benen Art, die also kontaktlos ausgeführt sind, wer-Hilfsspannung für den Oszillator und gegebenen- den in zunehmendem Maße an Stelle von elektrischen, falls für die Kippstufe, dadurch gekenn- mechanisch betätigten Schaltgeräten, die kontaktbezeichnet, daß, wie an sich bekannt, der KoI- 20 haftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-, Steuerlektor (19) des Verstärkertransistors (14) über und Regelkreisen verwendet. Solange bei diesen eine Rückkopplungsschaltung (20) ohne Phasen- elektronischen Schaltgeräten ein Metallteil einen vordrehung auf den Emitter (21) des Verstärkertran- gegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, gilt für sistors (14) rückgekoppelt ist, daß die Rückkopp- den Oszillator K ■ V = 1 mit K = Rückkopplungsfaklungsschaltung (20) einen als Emitterfolger ge- 25 tor und V — Verstärkungsfaktor des Oszillators, schalteten Rückkopplungstransistor (23) aufweist, d. h., der Oszillator schwingt. Erreicht das entspredaß der Emitter (24) des Rückkopplungstransi- chende Metallteil den vorgegebenen Abstand, so führt stors (23) über einem Spannungsteiler (27) mit die zunehmende Bedämpfung des Oszillators zu einer dem Minuspol (28) der Hilfsspannung verbunden Verringerung des Verstärkungsfaktors V, wobei und der Emitter (21) des Verstärkertransistors 30 KV <1 wird, d.h., der Oszillator schwingt nicht

(14) über einen Emitterwiderstand (29) an den mehr. Abhängig von den unterschiedlichen Zustän-Abgriff (30) des Spannungsteilers (27) angeschlos- den des Oszillators wird, zumeist über eine Kippstufe, sen ist und daß die Basis (22) des Verstärker- der Thyristor oder ein anderer elektronischer Schalter transistors (14) auf einem festen, also zeitlich gesteuert.

unveränderlichen Potential liegt. 35 Bei einem bekannten elektronischen Schaltgerät

2. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, der eingangs beschriebenen Art (vgl. die deutsche dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitterwider- Offenlegungsschrift 1 951137) liegt im Kollektorkreis stand (29) eine Temperaturkompensationsschal- des Verstärkertransistors ein Parallelschwingkreis aus tung (32), z. B. aus einem NTC-Widerstand (33) einer Schwingkreisinduktivität und einer Schwing- und einem Anpassungswiderstand (34), parallel io kreiskapazität, im Emitterkreis ein Emitterwiderstand geschaltet ist. und im Basiskreis eine Rückkopplungsinduktivität,

3. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1 die einerseits an die Basis des Verstärkertransistors, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis andererseits an den Abgriff eines aus zwei Span-(22) des Verstärkertransistors (14) über zumin- nungsteilerwiderständen bestehenden, zwischen dem dest eine Vorschaltdiode (35, 36) an den Pluspol 45 Pluspol und dem Minuspol der Hilfsspannung liegen-(37) der Hilfsspannung angeschlossen ist. den Spanungsteilers angeschlossen ist. Durch eine

4. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3, entsprechende Schaltung der Schwingkreisinduktivität dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (38) und der Rückkopplungsinduktivität wird zwischen der Vorschaltdiode (35) über einen Belastungs- dem Kollektor des Verstärkertransistors und dessen widerstand (39) an den Emitter (21) des Verstär- 50 Basis eine Phasendrehung von 180° erzeugt, so daß kertransistors (14) oder an den Minuspol (28) der zusammen mit der zwischen der Basis des Verstärker-Hilfsspannung angeschlossen ist. transistors und dessen Kollektor wirksamen Phasen-

5. Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 3 drehung von 180° die für einen Oszillator erforder- oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis liehe Phasendrehung von 360° erreicht wird.

(22) des Verstärkertransistors (14) über zwei in 55 Das bekannte elektronische, berührungslos arbei-

Reihe geschaltete Vorschaltdioden (35, 36) mit tende Schaltgerät, von dem die Erfindung ausgeht,

dem Pluspol (37) der Hilfsspannung verbunden hat sich an sich in der Praxis außerordentlich gut be-

ist und daß der im Kollektorkreis des Verstärker- währt, es ist jedoch insbesondere aus folgendem

transistors (14) angeordnete Parallelschwingkreis Grund noch verbesserungsbedürftig:

(15) an die Verbindung der beiden Vorschalt- 60 Die Tatsache, daß das bekannte elektronische, bedioden (35, 36) angeschlossen ist. rührungslos arbeitende Schaltgerät, von dem die Er-

6. Elektronisches Schaltgerät nach einem der findung ausgeht, einerseits eine Schwingkreisinduk-Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß tivität, andererseits eine Rückkopplungsinduktivität, als Vorschaltdiode (35, 36) die Basis-Emitter- also eine. Spule mit zwei Wicklungen, benötigt, ist Strecke (40 bzw. 41) eines Transistors (42 bzw. 6g nachteilig; bei anderen Ausführungsformen wird eine 43) vorgesehen ist, dessen Kollektor (44 bzw. 45) Spule mit einer Anzapfung benötigt. Zunächst ist aus mit dessen Basis (46 bis 47) verbunden ist. der Sicht der Herstellung der Spulen die Notwendig-

keit, eine Spule mit zwei Wicklungen oder eine Spule