DE2633383A1

DE2633383A1 - Schwingkreis

Info

Publication number: DE2633383A1
Application number: DE19762633383
Authority: DE
Inventors: Katsuaki Goto; Katsutoshi Kuwabara
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1976-07-24
Publication date: 1977-02-17
Also published as: CH613794A5; US4058777A; GB1552321A; FR2319246A1

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF · 8CHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ Dipl.-!ng. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

HOCHIKI COHPOSATION

ITo« 2-10-43 Kami Osaki,

3hinagawa-ku

Tokio, Japn 23. Juli I976

Schwingkrei s

Die Erfindung· betrifft einen Schwingkreis, bestehend aus drei Invertern, die in drei Stufen in Seihe geschaltet sind, und dabei ist eine Änderung der Betriebsperiode des dadurch erzeugten Impulses vorgesehen. Insbesondere betrifft die Tifcfindung einen Schwingkreis zum Aktivieren eines Hauchsensors zum Aufspüren eines leuers. '

Hin Schwingkreis ist aus der TJS-PS 3 773 596 bekannt, und dieser Schwingkreis hat die Aufgabe, einen Rauchsensor in Funktion zu setzen, um ein JJ¹ euer aufzuspüren. Bei diesem Schwingkreis ist jedoch eine Änderung seiner Betriebsperiode des dadurch erzeugten Impulses entsprrechend der Genauigkeit schwierig₉ die erforderlich ist, um ein !"euer aufzuspüren, und es ist schwierig, einen solchen Schwingkreis zu Erzeugung hochwertiger Impulse in Massenproduktion herzustellen^ weil seine Schwingung von reversiblen Wirkungen zweier Feldeffekttransistoren abhängt, die im wesentlichen die gleichen Charakteristiken haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwignkreis vorzusehen, dessen Übergangszeit beim Schalten zwischen den Lade- und Entladevorgängen so kurz wie möglich gehalten ist, indem impulserzeugen-

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de Mittel mit zwei Feldeffekttransistoren in komplementärer Kombination montiert werden, um einen Lade- und Entladekreis zu steuern.

Veiter soll erfindungsgemäß ein Schwingkreis geschaffen werden, der einen möglichst geringen Stromverlust der impulserzeugenden Mittel aufweist, um die Schaltvorgänge der paarweise angeordneten Feldeffekttransistoren zu steuern, die axt dem Lade- und ."nt ladekreis verbunden werden, derart, daß der Schwingkreis für die Aktivierung von bekannten Rauchsensoren brauchbar wird.

"Weiter soll erfindungsgemäß ein Schwingkreis in solcher >i~ise vorgesehen sein, daß eine Betriebsperiode des dadurch erzeugten Impulses entsprechend einer Rauchmeßgenauigkeit geändert werden kann, die an dem betreffenden Rauch- bzw. Feuersensor erforderlich ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine Zeitdiagramm, das einen Spannungszustand im Schaltkreis nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 ^eiⁿ Rauchalarmkreis mit einem Ionisierungskammer-Rauchsensor, der vom Schaltkreis aktiviert wird, und

Fig. 4 die Darstellung eines photoelektrischen Rauchsensors ohne einen Teil zum Auffangen des Lichts, durch den der Ionisierungskammer-Rauchsensor ersetzt ist.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Inverter INY1 (C-MOS) aus einem P-Kanal-Feldeffekttransistor Q1 und einem ΪΓ-Kanal-Feldeffekttransistor Q2, deren Abflüsse'miteinander verbunden sind. Entsprechend bestehen anderes Inverter ΪΝΥ2 und INY3 aus Feldeffekttransistoren 03 und Q4 bzw. Feldeffekttransistoren Q5 u¹¹^· 0,6 in komplementärer Verbindung.

An jedem Inverter sind beispielsweise der Quellen-Abflußweg des Transistors Q1 und der Abfluß-Quellenweg des Transistors 0,2 am Inverter

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in Reihe im komplementären Zustand zwischen einen Stromanschluß V-^ und Srde "geschaltet. Diese drei Inverter INVI-J sind so an drei Stufen in Reihe miteinander verbunden, daß ein Ausgang vom vorhergehenden zum nächsten angelegt wird. Das Ausgangsende des Endstufen-Inverters IHY5 ist axt dem Tor des Erststufen-inverters INYI durch eine Lade- und Entladekreiseinrichtung verbunden.

Jede Quelle der Transistoren Q1, 0,3 und ί>5 an jedem Inverter ist mit der Versorgungsleitung 1 der Stromquelle Y verbunden, und außerdem ist die andere Quelle der Transistoren ^2, q4 und Qö gegenüber ihren Transistoren mit der Erdungsleitung 2 verbunden. Das Tor 6 des Srststufen-Inverters IWY1 stellt eine Verbindung zur Erdungsleitung 2 durch Ladeanschlüsse 5 t¹³¹^ 4 über die Hilfsleitung 2' her, die an dieses Tor angeschlossen ist, und andererseits stellt dieses Tor 6 eine Verbindung mit dem Ausgangsende 11 des lündstufen-Inverters INYSJ durch eine Steuerleitung 2" her, die von einem Verbindungspunkt 5 "von der Hilfsleitung 2' wegführt. Das Ausgangsende 7 <ies Inverters IiTV 1 ist mit dem Tor S des nächsten Inverters INV2 verbunden, und das Ausgangsende 9 d-es letzteren ist mit dem Tor 10 des nächsten Inverters HTV3 verbunden, ferner mit der Hilfsleitung^¹ an dessen Verbindungspunkt 91·

Die Steuerleitung 2" ist mit einem Widerstand S3 an der Seite des Tors 6 und außerdem mit dem Lade- und Entladekreis an der Seite des Ausgangsendes 11 des Inverters INVJ versehen. Dieser Lade- und Entladekreis besteht aus einer Diode D und einem Widerstand R1 an der Entladeleitung und aus einem Widerstand R2 i* in der Ladeleitung parallel zur Sntladeleitung, von dem ein Ende mit dem Ausgangsende 11 und das andere Ende 12 mit der Erdungsleitung 2 über einen Kondensator G verbunden sind. Die Hilfsleitung 2' ist mit einem Widerstand R4 an der Seite des Tors 6 und außerdem mit einer Diode an der Seite des Ladeanschlusses 4 versehen, die dahinführt. Ferner ist ein Widerstand R5 zwischen dem Abfluß und dem Ausgangsende 7 des Transistors Q1 vorgesehen, und ein Widerstand R6 ist zwischen dem Abfluß und dem Ausgangsende 9 des Transistors 0,4 vorgesehen. Ein Widerstand R7 ist ein Ladewiderstand der Ladeanschlüsse 3 und 4·

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Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Schwingkreises ist wie folgt: Weil die Spannung Y . am Tor des Erststufen-Inverters IFV1 Full beträgt, ehe der Kreis unter Strom gesetzt wird, wird der Transistor Q1 der ersten Stufe eingeschaltet, und der andere Transis&tor ^2 ist noch abgeschaltet, wenn ein Cuellenstrom von der Stromquelle Y an jede Quelle der Inverter IFV1-J durch die Versorgungsleitung 1 angelegt wird. Die Spannung V am nächsten'Tor 8 der Zwischenstufe wird V^ der Abflußquellenspannung auf Grund des Anschlusses an das Ausgangsende 7 der ersten Stufe, so daß der Transistor 0,3 immer noch abgeschaltet ist, der andere Transistor Q4 sich jedoch einschaltet. Weil folglich der Transistor Q4 zur Erdungsleitung 2 leitend ist, wird die Spannung V_n, am Tor 10 der Endstufe Full, das mit dem Ausgangsende 9 verbunden ist, so daß sich der Transistor Q5 einschaltet, der andere Transista? Q.6 jedoch immer noch ausgeschaltet ist. Entsprechend der Einschaltfunktion des Transistors Q5 fließt ein Strom vom Ausgangsende 11 äzum Kondensator C durch den Widerstand R2 der Ladeleitung. Die Spannung V_n., am Tor 6 steigt entsprechend der Spannung des Kondensators G und erreicht die Einschaltspannung des Transistors Q2 der ersten Stufe. Der Transistor Q2 schaltet sich dann ein, und der gekoppelte Transistor Q1 schaltet sich aus.

In Anschluß an das Einschalten des Transistors 02 der ersten ftufe wurd die Spannung V_no an der Stufe 8 der Zwischenstufe, die mit dem Ausgangsende 7 der vorhergehenden Verbunden ist, umgekehrt Full, so daß sich der Transistor Q3 einschaltet, der gekoppelte Transistor Q4 sich aber ausschaltet. Die Abflußquellenspannung Y-n-rj» die am Ausgangsende 9 erscheint, geht zur Hilfsleitung 2¹ durch den Verbindungspunkt 9' und steigt außerdem auf die gleiche Spannung wie die Spannung Y des Tors 10 an der Endstufe, was zum Einschalten des Transistors q6 und zum Abschalten des damit gekoppelten Transistors Q5 führt. Als Folge davon entlädt die Sntladeleitung des Widerstands R1 und der Diode D, die mit dem Ausgangsende 11 verbunden ist, den Kondensator C und senkt die Torspannung Y .

des Erststufen-Inverters IHY1 auf Hull. Ein solcher Yorgang wiederholt sich wie zuvor, und ein Impulsausgang Y , wird an den Ladenanschlüssen 3 und 4 erhalten.

Die Spannungszustände beim vorstehenden Yorgang sind schematisch in Fig.

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2 dargestellt. "Während einer Anstfegsperiode der Spannung Y„ von Mull beim Laden des Kondensators G steigt die Torspannung V .. an der ersten Stufe von ITuIl auf die Einschaltspannung V_G_₂ des Transistors Q2. Innerhalb der Periode wird der Transistor Q1 eingeschaltet gehalten, so daß der Transistor Q,4 eingeschaltet wird, und zwar wegen der Torspannung "Vy.-., die vom Ausgang der ersten Stufe abhängt, so daß der Transistor Q.5 der Endstufe eingeschaltet wird, und zwar weil dessen Torspannung EuIl ist, in Abhängigkeit vom Null-Ausgang der Zwischenstufe, um damit den Ladestrom vom Ausgangsende 11 der Endstufe zum Kondensator C durch den Yiderstand E2 der Ladeleitung zu leiten. Die Zeit T einer solchen Periode kann durch das Produkt R2 χ C bestimmt werden.

Der Kondensator G beginnt seine Entladeperiode dann, wenn er geladen worden ist, um die Trospannung des Erststufen-Inverters INV1 auf die Spannung Vpmo zum Einschalten des Transistors Q2 anzuheben. Die Zeit T2 der Entladeperiode kann aus dem Produkt von E1 χ C bestimmt werden. Während dieser Periode, während der sich die Torspannung an .der ersten Stufe auf Null reduziert, wird der Transistor Q2 umgekehrt eingeschaltet gehalten, so daß der Transistor Q3 eingeschaltet wird, und zwar weil seine Torspannung Null ist, in abhängigkeit vom Null-Ausgang der ersten Stufe, um den Transistor Q6 einzuschalten, und zwar weil dessen Torspannung Y vom Ausgang der Zwischenstufe abhängt, um damit den Kondensator C vom Ausgangsende 11 durch die Entladeleitung mit dem Widerstand S1 und der Diode D 4zu entladen«

Weil der Kondensator C die Lade- und Entladwirkungen wiederholt,, wird der Strom V™ in der Form von Impulsen ausgesendet, und zwar vom Transistor Q3 des Zwischeninverters INY2 durch die Hilfsleitung 9' in Erwiderung auf jeweilige Entladeperioden des Kondensators C₀ Die Betriebsperiode der Ausgangsimpulse kann wegen der Ladezeit T und der Entladezeit T2 bestimmt *rerden, und diese Zeiten sind durch änderungen des betreffenden Wertes des V/iderstands H2 oder R1 einstellbar■> Weil der Schwingkreis ferner eine sehr hohe Eingangsimpedanz am Erststuf enin~ verter ΙΕΠΓ1 hat, wird der Wider standstfert dieser Widerstände R1 und E2 größer^ um den Betriebszyklus bzw. die Betriebsperiode nach Wunsch län-

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ger zu machen. Der Stromverlust des Schwingkreises kann wegen der Verwendung von Invertern IFV1-3 in drei Stufen mit sehr hoher Impedanz erheblich verringert werden.

Das Einschalten oder Ausschalten der betreffenden gekoppelten Transistoren Q1 und Q2 und auch Q3 und Q/j-dwürfte an der Übergangszeit unstabil werden, wenn der Abflußstrom vom Transistor Q1 zum Transistor Q2 fließt umgekehrt von QZ zu Q1 oder vom Transistor Q3 ^ζταΆ Transistor Q4> umgekehrt von Q4 zu Q3. TJm solche Schaltwirkungen sclä:fter zu machen, ist der Widerstand R5 oder Ή.6 vorzugsweise zwischen den Transistor Q1 und dessen Ausgangsende 9 geschaltet. Als Folge davon ist der Transistor Q2 oder Q3 vorzugsweise zum gekoppelten Transistor Q1 oder Q4 so betätigbar, daß die entsprechenden Ausgangsimpulse so geformt werden können, um an deren steigenden Zuständen schnell zu springen. Der Sndstufeninverter IFV3» von dem das Tor 10 einen so hochwertigen Impuls erhält, wie er durch die beiden vorgeschalteten Inverter IFV1 und 2 der ersten und zweiten Stufe geformt wird, kann seine Schaltwirkung scharf bewirken, um damit Impulse zu liefern, die richtige Zeitintervalle vom Transistor Q3 Budes Zwxschenstafeninverters IKY2 schaben.

Fig. 3 i^d 4 zeigen den vorstehenden Schwingkreis, der eine Feueraufspürfunktion von einem Ionisierungskammer-Rauchsensor oder einem photoelektrischen Rauchsensor erhält. Ein Ionisierungskammer-Rauchsensor I3 in bekannter Ausführung ist an seinem Ausgangsende 13a mit einem Tor eines Feldeffekttransistors I4 verbunden, und der Ladeansehluß 4 des Oszillators ist mit einer Quelle dieses Transistors verbunden. Der andere Ladenaschluß 3 ist mit einer inneren Elektrode 13c dieses Sensors verbunden. Das Stromanschlußende 1" ist mit einer äußeren Elektrode 13b verbunden. Der Abfluß des Transistors I4 iat mit einem Transistor I7 verbunden, und ferner ist ein Thyristor 18 vorgesehen, der mit dem Leiten dieses Transistors I7 getriggert wird, um einen Kreis mit einer Stromquelle V herzustellen. Zum Zwecke der Stabilisierung der Betriebsspannung des Oszillators arbeitet er mit einem Eonstantspannungskreis bestehend aus einer Zenerdiode ZD und einem Kondensator 02. Ein photoelektrischer Rauchsensor ohne einen Teil zur Aufnahme davon kommenden

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Lichts, wie in Fig. 4 gezeigt, bestehet aus einer lichtaussendenden Diode 15% und einem Transistor 16. Das üüngangsende 1¹ der Diode I5 ist mit dem Stromansehlußende 1' verbunden, das Steuerelektrodenende des Transistors 16 ist mit dem Ladeanschluß des Oszillators verbunden und das Kollektorende 5 des Transistors 16 ist mit dem anderen Ladeanschluß J des Oszillators verbunden. Dieser Sensor ersetzt den Ionisierungskammer-Sauchsensor entsprechend den vorstehend genannten Verbindungen .

Wenn der Teuersensor in seiner Impedanz bis zum Sollwert als Folge einer Änderung in der Umgebungsatmosphäre abfällt, macht der Ausgangsimpuls

V vom Oszillator, der zur gleichen Zeit in den Transistor I4 gelangt, out - .

den Transisotor I4 und anschließend den Transistor I7 leitend und triggert schließlich den Thyristor 18. Die Stromquelle Y^₇. aktiviert das Beiais nach Kurzschließen durch das Leiten des Thyristors 18, und ein Feueralarm geht von einer dem Heiais zugeordneten Torrichtung aus.

Gewöhnliche Thyristoren erforderte eine Eingabezeit·von beispielsweise über 100 MikroSekunden bei 25⁰O, vorzugsweise 5OO - 400 MikroSekunden, um sicher getriggert zu werden. Weil der Oszillator die Ausgangslänge von T2 des Ausgangsimpulses T . entsprechend dem Produkt von R1 und C liefert, wird die Eingabebedingung gewöhnlicher Thyristoren sicher zufriedengestellt durch die vom Oszillator erzeugten Impulse. V/eil das Impulsintervall T ebenfalls durch das Produkt aus R2 und C gegeben ist, wird der Stromvedast so weit wie möglich entsprechend der individuellen Genauigkeit der Auf spürfunk tion verringert, die an den betreffenden Feuersensoren erforderlich ist.

Wenn die lichtaussendende Diode 15 benutzt wird, wird Licht während der Impulslänge T2 ausgesendet und geht in Impulsform an die Steuerelektrode des Transistors 16, um damit jede Änderung in Verbrennungssubstanzen aufzuspüren, die in der Umgebungsatmosphäre enthalten sind. Die Auftrittsdauer des aufspürenden Lichts wird duerch Modifizieren der vorstehenden Produkte entsprechend der Aufspürung geändert.

Bezüglich der tatsächlichen Zahl von benutzten Feuersensoren, gewöhn-

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lieh mehr als zwanzig in jedem Aufspürkreis, ist es sehr vorteilhaft, den Stromverlust so klein wie möglich zu machen. Beispielsweise wurde ein Strom an einem Kreis mit elektrischen Bauteilen gemessen, wie sie in Klammern in Fig. 1 angegeben sind, und. dabei wurde ein Amperemeter am Punkt H eingesetzt. Das Meßergebnis betrug 33,1 Mikroampere. Der gleiche Kreis, aus dem beide Widerstände R 5 und B.6 entfernt wurden, die an den betreffenden Abflüssen der Transistoren Q1 und Q4 vorgesehen sind, zeigte 21,6 mA an. Diese Viderstände können den Stromverlust erheblich verrxng-em, beim obigen Vergleich auf 1/1.500. Andere Messungen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, daß die Inverter IFV1-J RCA G-IiOS 400^ benutzen und jeder einen innen Widerstand von 300 0hm im leitenden Zustand hat.

R5 (Ohm)

1.	OK
2.	1Κ
3.	1OK
4.	10OK
5.	47OK
6.	100OK
7.	100OK

Tabelle	Elektrischer Strom (mA)
R6 (Ohm)	21,6
OK	1,30
1K	0,140
1K	0,0260
1K	0,0331
10K	0,0130
1K	0,0026
10K

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß der Widerstand R5 mit einem Bereich von 1 KOhm bis 1000 KOhm leicht den Stromverlust von 1/20 bis 1/1.500 reduzieren kann. Der Oszillator nach Fig. 1, der als ein Aktiviator für bekannte Feuersensoren entwickelt worden ist, kann ein Netzwerk herstellen, das eine größere Zahl von Feuersensoren als in bekannten Systemen enthält. Darüber kann dieser Oszillator, der in erwünschter Weise die Änderung deer Betriebsperiode bzw." des Intervalls des von ihm erzeugten Impulses ermöglicht, ein Feueraufspürsystem an dem Aussenden eines falschen Alarms verhindern, wegen der llöglichkeit des Singebens eines solchen Impulses in den Sensor, der dort benutzt wird,der wesentlich schwächer ist, wenn irgendeine Ursache außer ein Feuer den Sensor wegen des sehr kurzen Auftritts beeinflußt.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

η J Schwingkreis, gekennzeichnet durch drei Einheiten gepaarter Feldeffekttransistoren in komplementärer Kombination, die parallel zwischen eine Stromversorgungsleitung und die Erdungsieitung geschaltet sind, und einen Lade- und Sntladekreis, in dessen Ladeleitung ein Widerstand enthalten ist und in dessen Entladeleitung eine Diode und ein Widerstand enthalten sind, die in Reihe mit einem Kondensator geschaltet sind, wobei der Yerbindungspunkt zwischen dem Lade- und Entladekreis und dem Kondensator mit dem Tor der Anfangseinheit der gepaarten Feldeffekttransistoren verbunden ist, das andere Ende des Lade- und vhtladekreises gegenüber dem Kondensator mit dem Ausgangsende der anderen Einheit, der gepaarten Feldeffektränsistören verbunden ist, derart, daß die beiden Einheiten der drei Einheiten gepaarter Feldeffekttransistoren abwechselnd eine Schaltfunktion durch den Ausgang der vorgeschalteten Einheit in Anschluß an. die Schaltfunktion der Anfangseinheit der gepaarten Feldeffekttransistoren ausführen und dadurch der Tersorgungsstrom als eine Zeitsequenz von Impulsen von dem einen Feldeffekttransistor an der verbleibenden Einheit der gepaarten Feldeffekttransistoren ohne Verbindung dea?s Lade- und Entladekreises geliefert wird.
2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen das Ausgangsende und den Abfluß des Feldeffekttransistors geschaltet ist, der eine Hochspannung an der Anfangseinheit der gepaarten Feldeffekttransistoren liefert.
3. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch g e k ennzeichn e t , daß die Anfangseinheit der gepaarten Feldeffektransistoren einen Widerstand zwischen dem Ausgangsende und dem Abfluß des einen Feldeffekttransistors aufweist, der eine Hochspannung liefert, und daß die Einheit zur Lieferung von Impulsen in einer Zeitsequenz einen Widerstand zwischen dem Ausgangsende und dem Abfluß des einen Feldeffekttransistors aufweist, derart, daß das Ausgangsende auf eine Spannung von Mull abfällt.

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