DE1288960C2 - Alarmgeber - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Alarmgeber, welcher periodische Töne unterschiedlicher Tonhöhe aussendet, als aus Halbleitern aufgebaute, batteriebetriebene, in sich geschlossene Einheit ausgebildet ist, und aus einem kontinuierlich schwingenden Oszillator als Modulationssteuereinrichtung, einem selbstschwingenden Tongenerator, dessen Frequenz periodisch durch die Modulationssteuereinrichtung geändert wird, und einem von dem Tongenerator gespeisten Lautsprecher besteht.

Es ist bereits ein derartiger Alarmgeber bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 150008). Der selbstschwingende Oszillator ist in diesem Fall ein Multivibrator, während der celbstschwinge ide Tongenerator ein auch in der Amplitude modulierbarer LC-Generator ist.

Es ist ferner ein Alarmgeber bekannt (s. Prospekt »Vanguard 100« der Fa. LTV University in Oklahoma City, USA), bei welchem zur Erzeugung der Tonfrequenz ein Sperrschwinger verwendet wird, während für die Erzeugung der periodischen, symmetrischen, d. h. dreieckförmigen, Tonhöhenvariationen ein kreuzweise gekoppelter Multivibrator verwendet wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Alarmgeber der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein besonders auffallendes und dringliches Alarmsignal erzeugt wird und daß der Alarmgeber bei schaltungsmäßig geringem Aufwand als äußerst kompakte Einheit hergestellt werden kann und einen geringeren Leistungsbedarf aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Moduiationssteuereinrichtung ein einen Unijunktion-Transistor aufweisender Sägezahngenerator ist und daß der Tongenerator ein etwa proportional der Ausgangsspannung des Sägezahngenerators in seiner Frequenz steuerbarer, selbsttätig kippender, kreuzweise gekoppelter Multivibrator ist. An sich sind Sägezahngeneratoren mit Unijunktion-Transistor und auch selbsttätig kippende, kreuzweise

ίο gekoppelte Multivibratoren bekannt, deren Frequenz durch Veränderung der Eingangsspannung steuerbar ist (»Elektronik«, 1965, S. 325 bis 328 bzw. »Electronic Engineering«, 1965, S. 182 bis 185).

Gegenüber den eingangs genannten bekannten Alarmgebern zeichnet sich der erfindungsgemäße Alarmgeber dadurch aus, daß auf einen mit drei Wicklungen versehenen Transformator verzichtet werden kann, so daß sich die Möglichkeit ergibt, den Alarmgeber als äußerst kompakte Einheit herzu-

ao steilen. Die Verwendung eines mit einem Unijunktion-Transistor versehenen Sägezahngenerators als Moduiationssteuereinrichtung bewirkt durch die nicht symmetrischen periodischen Tonhöhenvariationen auch ohne Amplitudenmodulation das Gefühl einer

»5 besonderen Dringlichkeit.

Der erfindungsgemäße Alarmgeber kann vor allem in Verbindung mit verschiedenen Alarmsystemen — beispielsweise zum Schutz von Gebäuden und anderen umbauten Räumen — gegen unbefugten Zutritt verwendet werden.

Um das Alarmsignal je nach Wunsch einstellen zu können, erweist es sich als zweckmäßig, daß in an sich bekannter Weise zum Beeinflussen der Maximalfrequenz des Multivibrators wenigstens einer seiner Widerstände einstellbar ist.

Um zu erreichen, daß die von dem Lautsprecher abgegebenen Warnsignale amplitudenmäßig genügend stark sind, erweist es sich ferner als vorteilhaft, daß zwischen dem Tongenerator und dem Lautsprecher ein Leistungsverstärker angeordnet ist und daß der Leistungsverstärker entweder ein symmetrischer Zweistufenverstärker oder ein Gegentaktverstärker mit je vier Transistoren ist.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Transistorstrorukreises im Rahmen der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine Wellenform zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Erfindung und

Fig 3 eine schematische Darstellung einer Abänderung eines Teiles des in F i g. 1 gezeigten Stromkreises.

Der in F i g. 1 gezeigte Stromkreis besteht aus drei getrennten Untereinheiten, die in der Zeichnung voneinander durch gestrichelte Linien A und B getrennt sind. Diese Untereinheiten bestehen aus einem periodischen Sägezahnspannungsgenerator 10, einem kreuzweise gekoppelten Multivibrator 12 und einem Leistungsverstärker 14.

Die Stromversorgung der Stromkreise erfolgt über ein Paar in Serie liegender Batteriesätze 16 und 18 innerhalb des Leistungsverstärkers 14. Die äußeren der positiven und negativen Klemmen dieser Batteriesätze sind mit entsprechenden positiven bzw. negativen Spannungsleitern 20 und 22 verbunden, die sich durch die Untereinheiten 10,12 und 14 erstrecken.

Der periodische Sägezahnspannungsgenerator 10 besteht aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 26, die in Serie zwischen dem positiven und negativen Spannungsleiter 20 bzw. 22 geschaltet sind. Der Sägezahnspannungsgenerator 10 enthält zusatzlieh einen Unijunktionstransistor 28, der mit seinen beiden Basisanschlüssen über Widerstände 30 bzw. 32 mit der positiven bzw. negativen Spannungsleitung 20 bzw. 22 verbunden ist. Der Emitteranschluß des Unijunktionstransistors 28 ist über eine Klemme 34 mit dem Widerstand 24 und dem Kondensator 26 verdrah. :■.

Die Ri_Jime 34 ist zusätzlich mit dem Basisanschluß eines NPN-Transistors 36 verbunden. Der Kollektoranschluß dieses Transistors 36 liegt an der positiven Spannungsleitung 20, sein Emiiteranschluß an der Frequenzkontrolleitung 38.

Der kreuzweise gekoppelte Multivibrator besteht aus einem Paar von NPN-Transistoren, deren Kollektoranschlüsse über Widerstände 44 und 46 mit ao dem positiven Spannungsleiter 20 vetuunden sind und deren Emitteranschlüsse direkt an der negativen Spannungsleitung 22 liegen. Die Basisanschlüsse der beiden Transistoren 40 und 42 sind sowohl über entsprechende Kondensatoren 48 und 50 mit den jewei- as iigen Kollektoranschlüssen des anderen Transistors a!> auch über entsprechende Widerstände 52 und 54 mit der Leitung 38 verbunden. Die Ausgangssignale de kreuzweise gekoppelten Multivibrators 12 werden von der Klemme 56 am Kollektoranschluß des Tr^nsistors 42 abgenommen und über die Ausgangsleitung 58 an den Leistungsverstärker 14 geleitet.

Der Leistungsverstärker 14 besteht aus zwei Stufen, und zwar einer ersten Stufe mit den Transistoren 60 und 62 und einer zweiten Stufe mit den Transistoren 64 und 66.

Die Transistoren 60 und 62 der ersten Stufe, von denen 60 ein NPN-Transistor, 62 ein PNP-Transistor ist, sind als sich ergänzende Einheit mit ihren Emitteranschlüssen an eine geerdete Klemme 68 gelegt. Fernerhin sind die Basisanschlüsse dieser Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand 70 mit der Ausgangsleitung 58 des Multivibrators 12 verbunden. Zusätzliche Leitungen führen von den Kollektoranschlüssen an die zweite Stufe, und zwar an die Basisanschlüsse der Transistoren 64 und 66.

Die zweite Stufe besteht aus einem PNP-Transistor 64 und einem NPN-Transistor 66. Diese Transistoren rtellen eine sich ergänzende Einheit dar, wobei ihre Kollektoranschlüsse über eine gemeinsame Klemme 72 mit einem der Anschlüsse des Lautsprechers 74 und ihre Emitteranschlüsse jeweils mi* dem positiven bzw. negativen Spannungsleiter 20 bzw. 22 verbunden sind. Der zweite Anschluß des Lautsprechers 74 erfolgt über die Verbindungsklemme 76 und liegt an Erde 78. Die Verbindungsklemme 76 weist zusätzlich Verbindungen zu einem Paar von Schaltern 80 und 82 auf, die die Batteriensätze 16 und 18 in Serienschaltung miteinander verbinden bzw. Spannungswerte zwischen die positive und negative Spannungsleitung 20 und 22 legen.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Schaltung soll nun in dem Folgenden beschrieben werden:

Die kreuzweise gekoppelte Multivibratoreinheit 12 schwingt ununterbrochen und erzeugt ausgangsseitig eine Spannung mit eir^m im wesentlichen rechteckigen Wellenverlauf, dessen Frequenz jedoch von der Vorspannung an der Leitung 38 abhängt. Die Arbeitsweise der kreuzweise gekoppelten Untereinheit J 2 ist für den Fachmann zweifelsohne leicht verständlich. Prinzipiell erfolgt diese auf Grund eines Schaltvorganges, der abwechslungsweise die beiden Transistoren 40 bzw. 42 leitend machen läßt. Dies erzeugt eine im wesentlichen rechteckige Spannungswellenform auf der Multivibratorausgangsleiiung 58 Die Umschaltung zwischen den beiden Transistoren 40 und 42 erfolgt in Abhängigkeit des Stromes über die Frequenzkontrolleitung 38, und zwar sobald der Kondensator 48 bzw. 50 in der Basisleitung des zu dem Zeitpunkt nichtleitenden Transistors 40 bzw. 42 eine genügend große Ladung aufweist Dies gibt dem betreffenden, bisher nichtleitenden Transistor eine genügende Vorspannung oberhalb der Einsatzspannung, so daß dieser leitend wird. Sobald dies eintritt, entlädt sich der Kondensator, wodurch der andere Transistor weniger als seine Einsatzspannung erhält und deshalb seine Lf' iähigkeit verliert. Über die Frequenzkontrolleitung S8 werden daraufhin elektrische Ladungsträger an den anderen Kondensator gebracht, wodurch sich dieser nun entlädt und sich die Wirkungsweise umkehrt.

3a die Größe des Stromflusses über die Frequenzkontrolleitung 38 die Geschwindigkeit regelt, mit der sich die Kondensatoren 48 und 50 aufladen, ändert sich dementsprechend die Dauer der Schaltperiode bzw. die Frequenz der 1 echteckigen Spannungswelle. Es ist deshalb möglich, durch Einstellung eines Widerstandes in der Frequenzkontrollleitung 38 den Stromfluß durch denselben und damit die maximale Ausgangsfrequenz des Multivibrators einzustellen.

Sobald die Schalter 80 und 12 geschlossen sind, liegen zwischen der positiven und negativen Spannungsleitung 20 bzw. 22 die Batteriensä:re 16 und 18 in Serie miteinander. Dies erwirkt eine Vorspannung an den Ausgangstransistoren 64 und 66 und über ihre Basisanschlüsse an den Treibertransistoren 60 und 62. Fernerhin liegen Spannungswerte an den Multivibratortransistoren 40 und 42, am NPN-Transistor 36, am Unijunktiontransistor 28 und dem Widerstand und Kondensator 24 bzw. 26. Beim Schließen der Schalter 80 und 82 entsteht ein Stromkreis über die Widerstände 30 und 32 und über die Basisanschlüsse des Unijunktionstransistors 28. Die Widerstände 30 und 32 wirken als ein Spannungsteiler und dienen dazu, eine Basisvorspannung an den Unijunktionstransistor zu legen. Zur seloen Zeit fließt ein Strom über den Widerstand 24 und lädt den Kondensator 26 auf.

F i g. 2 zeijt den zeitlichen Verlauf der Ladung bzw. der Spannung am Kondensator 26. Wie sich daraus erkennen läßt, steigt die Spannung am Kondensator stetig von 0 bis zu einem Maximalwert an und fällt dann abrupt ab. Der Maximalwert ist erreicht, sobald die Spannung am Emitteranschluß des Unijunktionstransistors 28 um einen bestimmten Betrag größer ist als die Spannung am Basisanschluß. Der innere Widerstand zwischen Emitter und Basis des Unijunktijnstransistors 28 bricht dann zusammen, und der Kondensator 26 entlädt sich augenblicklich über den so geschaffenen niederohmigen Stromweg. Als eine Folge davon fällt die Spannung am Kondensator 26 und demzufolge sinkt auch die Emitterspannung am Unijunktionstransistor 28 unterhalb des kritischen Wertes, wodurch sich der innere Widerstand zwischen Emitter und Basis wieder auf-

baut. Daraufhin wird der Kondensator 26 wie zuvor wieder aufgeladen, und der Zyklus wiederholt sich. Die Frequenz, mit der dieser Zyklus abläuft, kann natürlich in verschiedenster Weise geändert werden, und zwar mittels einer Veränderung des Widerstandes IA oder der Kapazität des Kondensators 26, mittels einer Änderung der Spannung zwischen den Leitungen 20 und 22 oder durch Änderung der Kennlinie des Unijunktionstransistors 28. Auf alle Fälle ist es wichtig, daß die Wellenform der Spannung unsymmetrisch ist und gemäß F t g. 2 Diskontinuitäten aufweist. Dies erfolgt natürlich durch eine zeitliche Folge von stetig ansteigenden und abrupt abfallenden Spannungswerten. Es hat sich herausgestellt, daß speziell gute Resultate mit einer Zyklusfolge in der Nähe von 50 Perioden in der Minute erreicht werden.

Die Spannung am Kondensator 26 wird dazu benutzt, dem Basisanschluß des NPN-Transistors 36 eine Vorspannung zu geben. Dies wiederum verändert die Impedanz dieses Transistors und bestimmt die Größe des Stromflusses auf der Frequenzkontrollleitung 38. Aus diesem Grunde folgt der Stromfluß auf dieser Leitung der in Fig 2 gezeigten Wellenform. Wie schon beschrieben, ist die Ausgangsfrequcn? des Multivibrators 12 von der Stromgröß? auf der Frequenzkontrolleitung 38 bestimmt. Die Ausgangsfrequenz des Multivibrators folgt deshalb gleichfalls der in F i g. 2 gezeigten Wellenform.

Die Arbeitsfrequenzen des Multivibrators liegen im hörbaren Bereich. Die Stromänderungen in der Frequenzkontrolleitung 38 sind so bemessen, daß die Ausgangsfrequenzen zwischen gewissen Grenzen innerhalb des Hörbereiches liegen. So wurden bei einer bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsform vorzugsweise Multivibrator-Ausgangsfrequenzen zwischen 1200 und 1800 Hertz gewählt.

Der Multivibrator wird mit der Klemme 56 über den Widerstand 70 an den Eingang des Leistungsverstärkers 14 geschaltet. Von dort erfolgt der Anschluß an die Basisanschlüsse der Transistoren 60 und 62 der ersten Stufe des Verstärkers. Auf Grund ihrer Eigenschaften, d. h. dadurch, daß der eine ein NPN-, der andere ein PNP-Transistor ist, und auf Grund ihrer Schaltung, d. h. dadurch, daß die Emitteranschlüsse geerdet und die Basisanschlüsse miteinander verbunden sind» erwirken dieselben eine sehr wirksame, symmetrische Verstärkung in Kaskade nnd eine sehr treue Wiedergabe des Multivibratorsignals.

Der Ausgang der ersten Stufe, d. h. der Transistoren 60 und 62, wird einer zweiten Stufe, d. h. den Basisanschlüssen der Transistoren 64 und 66, zugeleitet. Diese Transistoren sind in ähnlicher Weise geschaltet und erwirken deshalb eine weitere symmetrische, sehr genaue und wirksame Verstärkung. Das Ausgangssignal der Transistoren 64 und 66 wird von den gemeinsamen zusammengeschalteten Kotlektoranschlüssen und Erde abgenommen und zum Aussteuern des Lautsprechers 74 benutzt.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der Lautsprecher akustische Signale erzeugt, deren Ton höhe periodisch den nicht symmetrischen Änderun gen mit Diskontinuitäten unterworfen ist, und zwar genauer noch entsprechen diese dem in Fig.2 gezeigten Sägezahnverlauf. Es wurde nämlich gefunden, daß dieser Verlauf einen subjektiven Alarm-

vo effekt hervorruft, der in seiner Wirkung sehr hartnäckig ist und der weder von der Lautstärke noch von der Tonhöhe für die Erzeugung des Gefühls einer Dringlichkeit abhängt. Fernerhin hält das auf diese Weise erzeugte Gefühl einer Dringlichkeit an, da das Ohr sich nicht so ohne weiteres an die nichtsymmetrische Modulation des Ausgangssignals anpassen kann.

An Hand von F i g. 1 läßt sich erkennen, daß die darin beschriebene Schaltung zwei getrennte Schalter

•0 80 und 82 zum Ein- und Ausschalten des Systems benötigt. Die Benutzung von zwei verschiedenen Schaltern kann durch die in F i g. 3 gezeigte Schaltung vermieden werden. Es wird darin eine einzige Batterie 100 gezeigt, die in Serie mit einem Schalter 102 zwischen der positiven und negativen Leitung 20 und 22 liegt. Die Endstufe dieses Verstärkers besteht jedoch aus vier Transistoren 104,106,108 und 110, die in einer Biückcnscha'.tung miteinander verbunden sind und von denen 104 und 108 NPN- Transistoren, 106 und 110 PNP-Transistoren sind. Während die Kollektoranschlüsse der NPN-Transistoren 104 und 108 an die positive Leitung 20 angeschlossen sind, liegen die Kollektoranschlüsse der PNP-Transistoren 106 und 110 an der negativen Lei tung22. Die Emitteranschlüsse der Transistoren 104 und 106 und der Transistoren 108 und 110 sind paarweise mit den beiden Anschlüssen des Lautsprechers 74 verbunden. Ferner sind die Basisanschlüsse der Transistoren 104 und 106 über die Verbindungs klemme 56 mit dem Multivibratorausgang und die

Basisanschlüsse der Transistoren 108 und 110 mit

den Emitteranschlüssen der Transistoren 40 und 42 des Multivibrators verbunden.

Der in F i g 3 gezeigte Stromkreis weist als Gegcn-

taktverstärker ein hohes Maß an Linearität auf und gewährleistet eine genaue Wiedergabe des Lingangs-

Stromkreise sind auf

Die erfindung Grund ihrer

Schaltung sehr wirksam und so in der Lage, bei einer gegebenen Stromquelle weit größere Ausgangsleistungen über größere Zeitperioden abzugchen als bisher bekannte Stromkreise ähnlicher Art Die vorliegende Erfindung macht deshalb die Erstellung äußerst kompakter, in sich geschlossener, batteriegespeister Alannvomchtungen möglich, und zwar für die Benutzung in vielen Betriebssituationen, ic denen die Verwendung von Alarmsystemen bis heute noch nicht möglich war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Alarmgeber, welcher periodische Töne unterschiedlicher Tonhöhe aussendet, als aus Halbleitern aufgebaute, - nteriebetriebene, in sie!: geschlossene Einheit ausgebildet ist und aus einem kontinuierlich schwingenden Oszillator als Modulationssteuereinrichtung, einem selbstschwingenden Tongeoeraiior, dessen Frequenz periodisch durch die Modiilationssteuereinrichtung geändert wird, und einem von dem Tongenerator gespeisten Lautsprecher besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationssteuereinrichtung (10) ein einen Unijunktion-Transistor (28) aufweisender Sägezahngenerator ist und daß der Tongenerator (12) ein ·. twa proportional der Ausgangsspannung des Sägezahngenerators in seiner Frequenz steuerbarer, selbsttätig kippender, kreuzweise gekoppelter Multivibrator ist.

2. Alarmgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beeinflussen der Maximalfrequenz des Multivibrators (12) wenigstens einer seiner Widerstände (44, 46, 52, 54) einstellbar ist.

3. Alarmgeber nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tongenerator (12) und dem Lautsprecher (74) ein Leistungsverstärker (14, angeordnet ist und daß der Leistungsverstärker (14) ertwede, ein symmetrischer Zweistufenverstärker cder ein Gegentaktverstärker mit je vier Transistoren is·