DE2502958A1

DE2502958A1 - Spannungspruefvorrichtung

Info

Publication number: DE2502958A1
Application number: DE19752502958
Authority: DE
Inventors: Ichiro Hamaguchi; Kenji Toyoda
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1974-01-28
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1975-08-07
Also published as: JPS50104332A; FR2259367A1; US3970933A; DE2552691B2; DE2552691C3; DE2552691A1; GB1503140A; FR2259367B1; GB1502434A; DE2502958B2

Description

BLUMBACH - WESEi* BERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIEuBADhN UND MÜNCHEN 2502958

DIPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

ί2 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 - TEL. (04121) M 29 43, 561998 MÖNCHEN

Nippon Kogaku K.K. ' Case 256

Tokyo/Japan

Sparmun gsprüfvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsprüfvorrichtung, insbesondere eine solche, in deren Schaltung ein Anzeigeelement, z.B. eine Lampe oder eine lichtemittierende Diode oder dergleichen, zum Erhalt einer Spannungsanzeige verwendet ist.

Bei einem tragbaren Instrument, in dem eine Batterie als die Speisespannungsquelle vorgesehen ist, muß der Benutzer wissen, ob die Speisespannungsbatterie noch normale Spannung hat oder nicht, um den normalen Betrieb der im Gerat vorgesehenen elektrischen Schaltungen usw. sicherzustellen. Häufig wurde dieses bewerkstelligt mit Hilfe eines Amperemeters. Dieses ist aber nachteilig insofern, als der Zeiger eines Amperemeters häufig schwierig zu sehen ist und daß das Amperemeter zu sperrig ist, um bei gedrängten Platzverhältnissen, wie diese beispielsweise bei einer Kamera vorhanden sind, Verwendung finden zu können. Es ist auch bekannt, eine Lampe oder eine lichtemittierende

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- Z-

Diode oder dergleichen entsprechend gesteuert einzuschalten, um den normalen oder nicht normalen Zustand der Speisespannungsbatterie anzuzeigen*. Diese Methode ist wegen ihrer Einfachheit und leichten visuellen Erkennbarkeit stark bevorzugt und wird häufig realisiert durch die Kombination eines einzigen Transistors und eines durch Widerstände gebildeten Spannungsteilers, wobei die Lampe oder dergleichen ein-oder ausgeschaltet wird, entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches zwischen der Basis-Emitter-Spannung V-g^ des Transistors und der Speisespannung. Bei solchen Anordnungen ist aber die Anzeige stark von Temper aturände rungen oder von Unregelmassigkeiten in der Basis-Emitter-Spannung Y-g-g des Transistors und im Stromverstärkungsfaktor hjrg (für die Emittergrundschaltung) abhängig. Sonach hat sich letztere Methode wegen ihres schlechten Temperaturverhaltens und ihrer schlechten Genauigkeit doch als recht unbefriedigend erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Spannungsprüfschaltung der vorstehend beschriebenen Art (bei der ein Anzeigeelement, wie eine Lampe oder eine lichtemittierende Diode vorgesehen ist) bereitzustellen, deren Temperaturgang und Anzeigegenauigkeit stark verbessert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Schutzanspruch gekennzeichnet.

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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist also eine Brückenschaltung vorgesehen, wie diese beispielsweise in Fig. 8 der US-PS 2 482 980 dargestellt ist und Widerstände für die im ersten und dritten Brückenzweig, eine Diodengruppe für den zweiten Brückenzweig und eine Serienschaltung eines Widerstandes mit einer Diodengruppe für den vierten Brückenzweig umfaßt; jedoch wird im Unterschied zu den Lehren der genannten US-Patentschrift (d.h. Realisierung einer stabilen KonstantSpannungsquelle) ein ausreichend hoher Widerstandswert für den im vierten Brückenzweig in Reihenschaltung liegenden Widerstand vorgesehen, so daß die Ausgangsspannung der Brückenschaltung abhängig von der Speisespannung variabel ist und die Spannungsänderung angezeigt wird.

Diese Anordnung hat zahlreiche Torteile, wie diese sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer zeichnerisch dargestellter Ausführungsformen der Erfindung ergeben; es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Kennliniendarstellung der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform,

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Fig. 4 und 5 Kennliniendarstellungen von Schaltungen, die sich im Schaltungszustand von· der erfindungsgemäßen Schaltung unterscheiden und

Fig. 6 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein fester Widerstand 1 in Reihe geschaltet mit Dioden 2 bezüglich der Speisespannungsquelle 3i die in Form einer Batterie vorliegt. Feste Widerstände 4 und 5 liegen in Reihenschaltung mit Dioden 6 gleichfalls bezüglich der Speisespannungsquelle 3· Sin Differentialschaltkreis 7 hat zwei Eingangsanschlüsse, die mit dem Verbindungspunkt A zwischen Widerstand 1 und Dioden 2 bzw. dem Verbindungspunkt B zwischen den Widerständen 4 und 5 verbunden sind, um den Stromfluß zu einer zwischen ihrem Ausgangsanschluß und der Speisespannungsquelle 3 liegenden Lampe 8 abzuschalten, wenn die Spannung V^ am Verbindungspunkt A die Spannung Vg am Verbindungspunkt B überschreitet, und um den Stromfluß zur Lampe 8 einzuschalten, wenn "die Spannung V. niedriger als die Spannung Vg ist. Sonach ist bei dieser Ausführungsform eine Brückenschaltung vorgesehen, die den festen Widerstand 1 als den ersten, die Dioden 2 als den zweiten, den festen Widerstand 4 als den dritten und die Reihenschaltung des festen Widerstandes 3 mit den Dioden 6 als den vierten Brückenzweig aufweist,

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lind "bei der die Spannung V. am Verbindungspunkt A zwischen erstem und zweitem Brückenzweig und die Spannung Vg am Verbindungspunkt B zwischen drittem und viertem Brückenzweig die Eingangsspannungen für den Differentialsehalt-Stromkreis 7 "bilden, derart, daß die Lampe 8 ein- oder ausgeschaltet wird, entsprechend der Differenz zwischen der Spannung V. und der Spannung Vg. Ein Tastschalter 9 ist des weiteren vorgesehen, um die Spannungsprüfschaltung mit der von ihr zu prüfenden SpeiseSpannungsquelle 3 zu verbinden.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist die folgende:

Venn der Tastschalter 9 niedergedrückt wird, fließt Strom zur Brückenschaltung, um die Spannungen V^ und Vg an den Verbindungspunkten A bzw. B zu erzeugen. Die Spannung V. ist gegeben durch

worin bedeuten

k die Boltzmann-Konstante,
T die absolute Temperatur,
q die Elementarladung,

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E die Spannung der Speisespannungsquelle 3» E1 der Widerstandswert des festen Widerstandes 1, Ig1 der Sättigungsstrom der Dioden 2 in Sperrichtung.

Gleichung 1 kann analytisch nicht gelöst werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird aber beispielsweise die Spannung V. gegenüber der Speisespannung E geändert, wie dieses durch die Kurve a in Fig. 2 angegeben ist, wenn die numerische Berechnung ausgeführt wird mit der Annahme, daß R1 = 1Ok& und Ig130.5 χ 10"^A sind. Anderweits ist die Spannung Vg ausgedrückt durch

Hierin bedeuten

v_B = ε - ι . m (2)

~j In T^V(IM- + E5) q ±d

mit E.4 = Widerstandswert des festen Widerstandes 4, E5 = Widerstandswert des festen Widerstandes 5j Ig2= der Sättigungsstrom in Sperrichtung der Dioden

und
I » der durch den Widerstand 4 fließende Strom.

Wiederum wird mit Gleichung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise die Spannung Vg geändert bezüglich der '

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Speisespannung E, wie dieses durch die Kurve b in Fig. 2 dargestellt ist, wenn der numerischen Berechnung die Werte R4 = 4-Okft , R5 = 4-.25k& und I_g2 = 2 χ 1Cf¹⁵A zugrundegelegt werden. Wie aus Pig. 2 ersichtlich, sind V^ und Vg für eine bestimmte Speisespannung E_Q (E_Q = 4,0 V) einander gleich, und V^ ist kleiner als Vg, wenn die Speisespannung E den Wert E_Q übersteigt, während V. größer als Vg ist, wenn die Speisespannung E niedriger als der Wert Eq ist. Der Differentialschalt-Stromkreis 7 schaltet, wie erwähnt, -. die Lampe 8 ein, wenn V. kleiner als Vg ist, schaltet aber die Lampe 8 ab, wenn V^ größer als Vg ist. Sonach wird die Lampe 8 ein-oder ausgeschaltet, entsprechend der Größe der Speisespannung E, d.h. die Lampe 8 brennt, wenn E größer als Eq ist und brennt nicht, wenn E kleiner als Eq ist. Hierdurch kann' der Zustand der ..Speisespannungsquelle geprüft werden.

Die Durchlaßspannung der Dioden hat eine Temperaturänderung der Größenordnung von -2mV/°C und Diode zur Folge; wenn aber die Anzahl der Dioden 2 und der Dioden 6 gleich sind, dann werden die Temperaturänderungen als praktisch identische Temperaturänderungen von V^ und Vg erscheinen und sich demgemäß gegeneinander aufheben und nicht in den Ausgängen erscheinen.

Um eine Kennlinie nach Figl 2 zu erhalten, muß die Durchlaß-

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spannung der Dioden 6 kleiner als die Dur chi aß spannung der Dioden 2 sein. Dieses kann bemerkst eiligt werden durch Einstellen des Widerstandswertes des festen Widerstandes 4· auf einen Wert größer als der des festen Widerstandes 1 oder durch Auswählen der Dioden 2 und 6 derart, daß I_g2 größer als I_ß1 ist, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen.

Selbstverständlich kann, wenn einer der festen Widerstände 1, 4 und 5 einstellbar ausgebildet wird, die Größe Eq auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.

Das in Pig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich der Wirkungsweise vollständig identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit der einzigen Ausnahme, daß die Reihenschaltung zwischen fixiertem Widerstand 5 und den Dioden 6 in umgekehrter Anordnung vorliegt.

Bei beiden Ausführungsformen ist eine Lampe zur Anzeige vorgesehen, sie kann aber auch durch eine lichtemittierende Diode oder durch ein anderes Anzeigeelement ersetzt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Schaltungen ist der durch die Anzeigelampe 8 verbrauchte Strom viel größer als der von den anderen Stromkreisen verbrauchte Strom. Wenn daher der Innenwiderstand der Speisespannungsquelle 3 relativ groß ist, werden Schwingungen auftreten, die die Stabilität und Anzeige-

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genauigkeit der Schaltung als Ganzes nachteilig beeinflußen werden. Eine diesbezüglich verbesserte dritte Ausführungs-

form ist in Pig. 6 dargestellt. Diese Ausführungsform ist im wesentlichen identisch mit der nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Differentialschalt-Stromkreis 7 mit einem zusätzlichen Ausgangsanschluß versehen ist, der zu einem Widerstand 10 führt, welcher andern Endes an die Speisespannungsquelle 3 angeschlossen ist. Dieser zusätzliche Ausgangsanschluß ist in seiner Phasenlage gegenüber dem Ausgangsanschluß entgegengesetzt, an welchen die Lampe 8 angeschaltet ist. Wenn im einzelnen V. kleiner als Vg ist und die Lampe 8 eingeschaltet ist, dann ist der Strom zum Widerstand 10 abgeschaltet, während, wenn V. größer als Vg ist und die Lampe abgeschaltet ist, Strom durch den Widerstand 10 fließt. Der Widerstand 10 hat einen Widerstandswert, der praktisch dem der Lampe 8 gleicht.

Das Auftreten der vorstehend erwähnten Schwingungen wird dem Umstand zugeschrieben, daß der Stromverbrauch stark zwisehen dem Zustand bei eingeschalteter Lampe und dem Zustand bei ausgeschalteter Lampe schwankt und dadurch sich die Klemmenspannung der Speisespannungsquelle ändert, welche ihrerseits zum Eingang rückgekoppelt wird. Diese Schwingungen können aber durch die Anordnung nach Fig. 6 vermieden werden, da hier nur wenig oder gar keine Änderung im Ström-

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"srerbrauch zwischen dem Zustand bei eingeschalteter und dem Zustand bei ausgeschalteter Lampe 8 besteht.

Es darf nochmals daraufhingewiesen werden, daß die eingangs erwähnte US-Patentschrift 2 482 980 darauf gerichtet ist, eine stabile Konstantspannungsquelle bereitzustellen, was sich hinsichtlich der Zielsetzung von der vorliegenden Erfindung vollständig unterscheidet.

Wenn nämlich die in Fig. 8 der genannten US-Patentschrift dargestellte Schaltung und die vorliegende Schaltung nach Fig. 1 verglichen werden, sieht man, daß sich die vorliegende Erfindung von der genannten US-Patentschrift dahingehend unterscheidet, daß ein Differentialsehalt-Stromkreis und ein Anzeigeelement vorgesehen ist. Weiterhin ist erkennbar, daß die Bedingungen für den Widerstandswert R5
der vorliegenden Anordnung nach Fig. 1 von den in der US-Patentschrift beschriebenen Bedingungen unterscheidet.

Es sei nun ein Vergleich angestellt zwischen einer Schaltung, in der der Differentialschalt Stromkreis und das Anzeigeelement aus der Schaltung nach Fig. 1 entfernt sind, und der in Fig. 8 der genannten US-Patentschrift dargestellten Schaltung.

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Venn "bei der Schaltung der Differentialschaltstromkreis und das Anzeigeelement entfernt sind und wenn die numerische Rechnung ausgeführt wird mit nur einem Widerstandswert R5 des Widerstandes 5 gleich OSl und 1ΟΟΩ und mit allen übrigen Schaltungskonstanten als vorgegeben, dann wird das Resultat das in I¹Ig. 4 dargestellte sein, in der die Kurve a die Spannung V., die Kurve b^ die Spannung Vg für R^=O-Q, und die Kurve b2 die Spannung V-g für R5=1OOJ1 wiedergeben. Wenn der Wert von V^ - Vg graphisch über der Speisespannung E aufgetragen wird, dann erhält man das Diagramm nach Fig. 5» in dem die Kurve c1 die Größe V^ - Vg für R5=Oii und die Kurve c2 die Größe V_A - V_ß für E5«1OOii darstellen. Sonach erfordert die Realisierung einer stabilen Konstantspannungsquelle, was das erklärte Ziel der genannten US-Patentschrift ist, daß R5 ein niedriger Widerstand ist, bestenfalls in der Größenordnung von 1ΟΟΛ liegt, oder in anderen Worten, einen Widerstand einer Größenordnung, die einen Spannungsabfall von 2 bis 3 mV pro eingesetzter Diode erzeugt. Dieses ist von der vorliegenden Erfindung vollständig verschieden, da hiernach die Verwendung eines Widerstandes in der Größenordnung von 4 bis 5 k5l zugelassen wird.

Die vorliegende Erfindung führt daher zu einer Spannungsprüfschaltung mit reduzierter Temperaturabhängigkeit, die darüberhinaus stabil und hinsichtlich der Anzeigegenauigkeit überlegen ist, wobei ein einfaches Anzeigeelement wie eine Lampe oder eine lichtemittierende Diode Verwendung finden kann.

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Claims

BLUM BACH · WESER · ΒΕΡβΕΝ & KRAMER

ο c η ο π r ρ

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN L· Ό Ό £. Ό Ώ Ό

DIH.-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

ta. WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 ■ TEL. (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN

Nippon Kogaku Case 256

Schutzanspriieh

Vorrichtung zum Prüfen der Spannung einer Spannungsquelle mit einer Brückenschaltung, die aufgebaut ist aus einem ersten Stromkreis mit einem ersten Widerstand,

II einem zweiten Stromkreis mit einer ersten Diodengruppe, die mit dem ersten Stromkreis verbunden ist,

III einem dritten Stromkreis mit einem zweiten Widerstand, der mit dem ersten Stromkreis verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem dritten und ersten Stromkreis mit dem einen Anschluß der Spannungsquelle verbindbar ist, und

IV einem vierten Stromkreis mit einer Reihenschaltung einer zweiten Diodengruppe und einem dritten Widerstand, wobei der vierte Stromkreis einen Endes mit dem dritten Stromkreis und anderen Endes mit dem zweiten Stromkreis verbunden ist und wobei der Verbindungspunkt zwischen viertem und zweitem Stromkreis an den anderen Anschluß der Spannungsquelle anschließbar ist,

gekennzeichnet durch

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a) einen Differentialschalt-Stromkreis (7), der seinen Zustand entsprechend der Differentialspannung zwischen dem Verbindungspunkt von erstem und zweitem Stromkreis (1 bzw. 2) und dem Verbindungspunkt von drittem (4-) und viertem (5) Stromkreis zu ändern vermag, wobei der Differentialschaltstromkreis einen Ausgangsanschluß zur Abgabe seines jeweiligen Zustandes aufweist,

b) ein Anzeigeelement (8), das an den Ausgangsanschluß zum Anzeigen des Zustandes des Differentialschalt-Stromkreises angeschlossen ist, und

c) durch einen ausreichend hohen Viderstandswert des dritten Widerstandes (5) dergestalt, daß die Differentialspannung zwischen dem Verbindungspunkt von erstem und zweitem Stromkreis und dem Verbindungspunkt von drittem und viertem Stromkreis von der Spannung der Spannungsquelle abhängt.

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4H

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