DE2502958A1 - Spannungspruefvorrichtung - Google Patents
SpannungspruefvorrichtungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE IN WIEuBADhN UND MÜNCHEN 2502958
ί2 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 - TEL. (04121) M 29 43, 561998 MÖNCHEN
Nippon Kogaku K.K. ' Case 256
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,
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
vB = 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.
I » der durch den Widerstand 4 fließende Strom.
Wiederum wird mit Gleichung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise die Spannung Vg geändert bezüglich der '
509832/0705
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 Ig2 = 2 χ 1Cf15A zugrundegelegt
werden. Wie aus Pig. 2 ersichtlich, sind V^ und Vg
für eine bestimmte Speisespannung EQ (EQ = 4,0 V) einander
gleich, und V^ ist kleiner als Vg, wenn die Speisespannung
E den Wert EQ 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-
509832/0705 ' '
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 Ig2 größer
als Iß1 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-
609832/0705
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-
S09832/0705
"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.
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.
S09832/0705
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 VA - Vß 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.
509832/0705 '
Claims (1)
- BLUM BACH · WESER · ΒΕΡβΕΝ & KRAMERο c η ο π r ρPATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN L· Ό Ό £. Ό Ώ ΌDIH.-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMERta. WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 ■ TEL. (06121) 562943, 561998 MÖNCHENNippon Kogaku Case 256SchutzanspriiehVorrichtung 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, undIV 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 durch509832/0705a) 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, undc) 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.509832/07054HLeerseite
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2502958A1 true DE2502958A1 (de) | 1975-08-07 |
DE2502958B2 DE2502958B2 (de) | 1976-07-15 |
DE2502958C3 DE2502958C3 (de) | 1977-02-24 |
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ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS50104332A (de) | 1975-08-18 |
FR2259367A1 (de) | 1975-08-22 |
US3970933A (en) | 1976-07-20 |
DE2552691B2 (de) | 1977-08-04 |
DE2552691C3 (de) | 1978-04-20 |
DE2552691A1 (de) | 1976-05-06 |
GB1503140A (en) | 1978-03-08 |
FR2259367B1 (de) | 1981-03-06 |
GB1502434A (en) | 1978-03-01 |
DE2502958B2 (de) | 1976-07-15 |
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