DE2502958C3 - Spannungsprüfvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum

Prüfen der Spannung einer Spannungsquelle mit einer Briickenscha'tung, die aufgebaut ist aus einem ersten Brückenzweig mit einem ersten Widerstand, einem zweiten Brückenzweig mit einer ersten Diode oder ersten in Serie geschalteten Dioden, die mit dem ersten

Brückenzweig verbunden sind, einem dritten Brückenzweig mit einem zweiten Widerstand, der mit dem ersten Brückenzweig verbunden ist wobei der Verbindungspunkt zwischen dem dritten und ersten Brückenzweig mit dem einen Anschluß der Spannungsquelle

verbindbar ist und einem vierten Brückenzweig mit einer Reihenschaltung von einer zweiten Diode oder zweiten in Serie geschalteten Dioden und einem dritten Widerstand, wobei der vierte Brückenzweig einen Endes mit dem dritten Brückenzweig und anderen Endes mit dem zweiten Brückenzweig verbunden ist

und wobei der Verbindungspunkt zwischen dem vierten und zweiten Brückenzweig an den anderen Anschluß der Spannungsquelle anschließbar 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 Gerät 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 Diode od. dgl 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 od. dgl. ein- oder ausgeschaltet wird,

G₅ entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches zwischen der Basis-Emitter-Spannung Vߣdes Transistors und der Speisespannung. Bei solchen Anordnungen ist aber die Anzeige stark von Tenperaturänderungen oder von

Unregelmäßigkeiten in der Basis-Emitter-Spannung ¥be des Transistors und im Stromverstärkungsfaktoir Jim {for die Emittergrandschaltung) abhängig. Sonach hat sich letztere Methode wegen ik-es schlechten Teraperaturverhaltens und flirer 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) anzugeben, deren Temperaturgang und Anzeigegenauigkeit stark verbessert ist

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist also eine Brückenschaltung vorgesehen, wie diese beispielsweise in Fig. 8 der US-PS 2482980 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 Vorteile, wie diese sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer zeichnerisch dargestellter Ausführungsformen der Erfindung ergeben; es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Kennliniendarstellung der Schaltung nach Fig. 1,

F i g. 3 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 4 und 5 Kennliniendarstellungen von Schaltungen, die sich im Schaltungszustand von der erfindungsgemäßen Schaltung unterscheiden.

In Fig. 1 ist ein fester Widerstand 1 in Reihe geschaltet mit Dioden 2 bezüglich der Spehespannungsquelle 3, die va Form einer Batterie vorliegt. Feste Widerstände 4 und 5 liegen in Reihenschaltung mit Dioden 6 gleichfalls bezüglich der Speisespannungsquelle 3. Ein Schaltkreis 7 hat zwei Eingar ,gsanschlüsse, die mit dem Verbindungspunkt A zwischen Widerstand 1 und Dioden 2 bzw. dem Verbindungspunkt 8zwischen 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_A am Verbindungspunkt A die Spannung Vb am Verbindungspunkt B überschreitet, und um den Stromfluß zur Lampe 8 einzuschalten, wenn die Spannung V_A niedriger als die Spannung Vs ist. Sonach ist bei dieser Ausführungsform eine Brückenschaltung vorgesehen, die den festen Widerstand t als den ersten, die Dioden 2 als den zweiten, den festen Widerstand 4 als den dritten und die Reihenschaltung des festen Widerstandes 5 mit den Dioden 6 als den vierten Br-ückenzweig aufweist, und bei der die Spannung Va am Verbindungspunkt A zwischen erstem und zweitem Brückenzweig und die Spannung Vb am Verbindungspunkt B zwischen drittem und viertem Brückenzweig die Eingangsspannungen für den Schalt-Stromkreis 7 bilden, derart, daß die Lampe 8 ein- oder ausgeschaltet wird, entsprechend der Differenz zwischen der Spannung V_A und der Spannung V₈. Ein Tastschalter 9 ist des weiteren vorgesehen, um düe Spannungsprüfschaltung mit der von ihr zu prüfenden Speisespannungsquelle 3 zu verbinden.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist die Folgende:
Wenn der Tastschalter 9 niedergedrückt wird, fließt Strom zur Brückenschaltung, um die Spannungen V_A und Vb an den Verbindungspunkten A bzw. B zu ίο erzeugen. Die Spannung Va ist gegeben durch

worin bedeuten

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

E die Spannung der Speisespannungsquelle 3,
R1 der Widerstandswert des festen Widerstandes 1,
Is 1 der Sättigungsstrom der Dioden 2 in Sperrichtung.

Gleichung 1 kann analytisch nicht gelöst werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird aber beispielsweise die Spannung V_A gegenüber der Speisespannung E geändert, wie dieses durch die Kurve a in F i g. 2 angegeben ist, wenn die numerische Berechnung ausgeführt wird mit der Annahme, daß R1 = 10 \Sl und /$130.5 · 10-¹⁵A sind. Anderweits ist die Spannung Vb ausgedrückt durch

V_n =-■ E- I R4

Hierin bedeuten

/ = (E - 3 ^kT In -.-VV(R4 +
V (i 's² /

R 5)

mit

A4 = Widerstandswert des festen Widerstandes 4,

R 5 = Widerstandswert des festen Widerstandes 5,

Is 2 = der Sättigungsstrom in Sperrichtung der Dioden

6 und
/ = der durch den Widerstand 4 fließende Strom.

Wiederum wird mit Gleichung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise die Spannung V_B geändert bezüglich der Speisespannung E, wie dieses durch die Kurve b in F i g. 2 dargestellt ist wenn der numerischen Berechnung die Werte A4=4OkQ, Ä5 = 4,25kn und /_S2 = 2 · 10-'⁵A zugrundegelegt werden. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind V_A und V_B für eine bestimmte Speisespannung Eo(Eo = 4,0 V) einander gleich, und V_A ist kleiner als Vb, wenn die Speisespannung E den Wert E₀ übersteigt, während V_A größer als Vb ist, wenn die Speisespannung E niedriger als der

no Wert E₀ ist. Der Schalt-Stromkreis 7 schaltet, wie erwähnt, die Lampe 8 ein, wenn V_A kleiner als V_B ist, schaltet aber die Lampe 8 ab, wenn V_A größer als V_B ist. Sonach wird die Lampe 8 ein- oder ausgeschaltet, entsprechend der Größe der Speisespannung £, d. h. die Lampe 8 brennt, wenn E größer als £b ist und brennt nicht, wenn E kleiner als E₃ ist. Hierdurch kann der Zustand der Speisespannungsquelle geprüft werden.
Die Durchlaßspannung der Dioden hat eine Tempe-

raturänderung der Größenordnung von —2 mV/" 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 Va und Vb erscheinen und sich demgemäß gegeneinander aufheben und nicht in den Ausgängen erscheinen.

Um eine Kennlinie nach F i g. 2 zu erhalten, muß die Durchlaßspannung der Dioden 6 kleiner als die Durchlaßspannung der Dioden 2 sein. Dieses kann bewerkstelligt werden durch entsprechende Wahl der Größe des Widerstandes 4 auf einen Wert größer als der des Widerstandes 1 oder durch Auswählen der Dioden 2 und 6 derart, daß /5 2 größer als Is 1 ist, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen.

Selbstverständlich kann, wenn einer der Widerstände t, 4 und 5 einstellbar ausgebildet wird, die Größe E₀ auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.

Das in Fig.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 werdea

Es darf nochmals darauf hingewiesen werden, daß die eingangs erwähnte US-Patentschrift 24 82980 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 F i g. 1 verglichen werden, sieht man, daß sich die vorliegende Erfindung von der genannten US-Patentschrift dahingehend unterscheidet daß ein Schall-Stromkreis und ein Anzeigeelement vorgesehen ist. Weiterhin ist erkennbar, daß die Bedingungen für den Widerstandswert R 5 der vorliegenden Anordnung nach F i g. 1 von den in der US-Patentschrift beschriebenen Bedingungen unterscheidet

Es sei nun ein Vergleich angestellt zwischen einer Schaltung, in der der Schaltstromkreis und das Anzeigeelement aus der Schaltung nach F i g. 1 entfernt sind, und der in F i g. 8 der genannten US-Patentschrift dargestellten Schaltung.

ι ο Wenn bei der Schaltung der Schaltstromkreis und das Anzeigeelement entfernt sind und wenn die numerische Rechnung ausgeführt wird mit nur einem Widerstandswert R 5 des Widerstandes 5 gleich ο Ω und 100 Ω und mit allen übrigen Schaltungskonstanten als vorgegeben, dann wird das Resultat das in F i g. 4 dargestellte sein, in der die Kurve a die Spannung V_A, die Kurve b\ die Spannung V₈ für R 5 = 0 Ω und die Kurve O₂ die Spannung Ve für R 5 = 100 Ω wiedergeben. Wenn der Wert von V₄ - Ve graphisch über der Speisespannung E aufgetragen wird, dann eriiält man das Diagramm nach F i g. 5. in dem die Kurve c 1 die Größe V_A - Vb für Α5=0Ω und die Kurve c2 die Größe V_A- V₈ für Ä5=100 Ω darstellen. Sonach erfordert die Realisierung einer stabilen Konstantspannungsquelle, was das erklärte Ziel der genannten US-Patentschrift ist daß R 5 ein niedriger Widerstand ist bestenfalls in der Größenordnung von 100 Ω 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 ΙςΩ zugelassen wird.

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   \ 1. Vorrichtung zum Prüfen der Spannung einer iSpannungsquelle mit einer Brückenschaltung, die aufgebaut ist aas einem ersten Brückenzweig mit

   '. einem ersten Widerstand, einem zweiten Brückenzweig mit einer ersten Diode oder ersten in Serie geschalteten Dioden, die mit dem ersten Brückenzweig verbunden sind, einem dritten Brückenzweig mit einem zweiten Widerstand, der mit dem ersten Brückenzweig verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt ^wischen dem dritten und ersten Brückenzweig mit dem einen Anschluß der Spannungsquelle verbindbar ist, und einem vierten Brückenzweig mit einer Reihenschaltung von einer zweiten Diode oder zweiten in Serie geschalteten Dioden und einem dritten Widerstand, wobei der vierte Brückenzweig einen Endes mit dem dritten Brückenzweig und anderen Endes mit dem zweiten Brückenzweig verbunden ist und wobei der Verbindungspunkt zwischen dem vierten und zweiten Brückenzweig an den anderen Anschluß der Spannungsquelle anschließbar ist, gekennzeichnet durch

   a) einen Schaltstromkreis (7), der seinen Schaltzustand entsprechend der Differenzspannung zwischen dem Verbindungspunkt von erstem und zweitem Brückenzweig (1 bzw. 2) und dem Verbindungspunkt von drittem (4) und viertem (S) Brückenzweig zu ändern vermag und dieser Schaltstromkreis (7) einen Ausgangsanschluß zur Signalisierung seines jeweiligen Schaltzustandes aufweist,

   b) ein Anzeigeelement (8), das an den Ausgangsanschluß zum Anzeigen des Schaltzustandes des Schaltstromkreises angeschlossen ist, und

   c) durch einen ausreichend hohen Widerstandswert des dritten Widerstandes (5) der Gestalt, daß die Differenzspannung zwischen dem Verbindungspunkt von erstem und zweitem Brückenzweig und dem Verbindungspunkt von drittem und viertem Brückenzweig von der Spannung der Spannungsquelle abhängt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß des Schaltstromkreises (7) leitend ist, wenn die Spannung am Verbindungspunkt zwischen erstem (1) und zweitem (2) Brückenzweig kleiner als die Spannung am Verbindungspunkt zwischen drittem (4) und viertem (5) Brückenzweig ist, und daß er nichtleitend ist, wenn die Spannung am Verbindungspunkt zwischen erstem und zweitem Brückenzweig größer als die Spannung am Verbindungspunkt zwischen drittem und viertem Brückenzweig ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diode oder die zweiten in Serie geschalteten Dioden (6) einerseits mit dem zweiten Brückenzweig (2) und andererseits mit dem dritten Widerstand (5) und der dritte Widerstand (5) anderen Endes mit dem dritten Brückenzweig (4) verbunden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diode oder die zweiten in Serie geschalteten Dioden (6) mit dem dritten Brückenzweig (4) und andererseits mit dem dritten Widerstand (5) und der dritte Widerstand (5) anderen Endes mit dem zweiten Brückenzweig (2) verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtsspannung der ersten Diode oder der ersten in Serie geschalteten Dioden (2) größer als die Vorwärts-

   S spannung der zweiten Diode oder der zweiten in Serie geschalteten Dioden (6) ist
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (1), zweite (4) und dritte (5) Widerstand je ein Widerstand mit festem Widerstandswert ist
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß vom ersten (1), zweiten (4) und dritten (5) Widerstand wenigstens einer einstellbar ist
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Zahl der ersten in Serie geschalteten Dioden gleich der Zahl der zweiten in Serie geschalteten Dioden ist