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Demperaturkompensierte elektronische Uhr Prioritäten: 10. Februar
1973 Japan 16720/73 13. Juli 1973 Japan 79084/73 25. Juli 1973 Japan 83848/73 26.
November 1973 Japan 132380/73 Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte
elektronische Uhr mit einem Zeitbezugssignalgenerator, dessen Änderung der Sch.wingungsSrequenz,
die durch eine äußere Temperaturänderung verursacht wird, kompensiert wird.
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Bisher ist eine Temperaturkompensation einer elektronischen Uhr in
analoger Weise mit Hilfe eines temperaturempSindlichen Elements ausgeführt worden.
Es ist z.B. vorgeschlagen worden, die Temperaturkompensation eines Oszillatorkreises
mittels einer Kombination eines temperaturempfindlichen Widerstands elements Th
und einer variablen Diode Dv auszuführen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
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Auch ist vorgeschlagen worden, die Temperatorkompensation eines Oszillatorkreises,
der einen Kristalloszillator enthält und in eine integrierte Schaltung eingesetzt
ist, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 2 gezeigt ist, mittels einer Kombination
eines temperaturempfindlichen Widerstands elementes Th und eines Kondensators C
aus zu fübren.
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Die vorstehend beschriebenen Temperaturkompensationsvorrichtungen
haben den Dachteil, daß das temperaturempfindliche Widerstandselement Tb nach. Verstreichen
einer Zeit wesentlich geändert wird, wodurch die Operation des Kreises unstabil
wird, d.h. es ist schwierig, die Schaltungselemente in eine integrierte Schaltung
einzusetzen.
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Des weiteren ist es nachteilig, daß die Kompensationskennlinie des
temperaturempfindlichen Widerstandselements Th auf die Temperaturkennlinie des Bezugsoszillators
abgestimmt werden muß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine temperaturkompensierte
elektronische Uhr zu schaffen, di eine stabile Temperaturkompensation für eine lange
Zeit ausführen kann.
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Die Erfindung bezweckt des weiteren, eine temperaturkompensierte elektronische
Uhr mit einer Temperaturkompensationsvorrichtung zu schaffen, deren im wesentlichen
alle Schaltungselemente in eine integrierte Schaltung eingesetzt werden können.
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Die Erfindung wird im einzelnen beispielhaft anhand der Zeicbnung
beschrieben, in der sind Fig. 1 und 2 Schaltbilder eines Oszillatorkreises mit Temperaturkompensationsvorrichtungen,
die jeweils temperaturempfindliche Widerstandselemente verwenden, Fig. 3 und 4 Blockschaltbilder
verschiedener Ausführungsformen der elektronischen Uhr nach der Erfindung, Fig.
5 ein Grundschaltbild eines Temperaturdetektors der Temperaturkompensiervorrichtung
zur Verwendung in der elektronischen Uhr nach. der Erfindung, Fig. 6 bis 10 Schaltbilder
weiterer Ausführungsformen des Temperaturdetektors der Temperaturkompensiervorrichtung
zur Verwendung in der elektronischen Uhr nach der Erfindung,
Fig.
11 ein Schaltbild einer weiteren Ausfübrungsform der Temperaturkompensiervorrichtung
zur Verwendung in der elektronischen Uhr nach der Erfindung mit mehreren Temperaturdetektoren
und einem Signalumsetzerkreis zum Steuern der Temueratur-Frequenz-Kennlinie, die
mit Hilfe des Ausgangssignals der Temperaturdetektoren korrigiert werden soll, Fig.
12 eine graphische Darstellung der Temperatur-Frequenz-Kennlinie des Zeitbezugssignalgenerators,
Fig. 13 und 14 Schaltbilder weiterer Ausführungsformen des Temperaturdetektors für
die elektronische Uhr nach der Erfindung, Fig. 15 eine graphische Darstellung der
Temperatur-Frequenz-Kennlinie des Zeitbezugsignalgenerators, Fig. 16 ein Schaltbild
mit weiteren Einzelheiten der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der elektronischen
Uhr nach der Erfindung und Fig. 17 ein Schaltbild mit weiteren Sinzelh.eiten der
in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der elektronischen Uhr nach der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der temperaturkompensierten elektronischen
Uhr nach der Erfindung. 1 bezeichnet einen Zeitbezugsignalgenerator zum Erzeugen
eines Zeitbezugsignals, z.B. einen Kristalloszillator, 2 bezeich.net eine Zeitzäbleinheitssignal-Formvorrichtung
zum Frequenzteilen des Zeitbezugsignals und zum Bilden eines Zeitzähleinheitssignals,
das für die Uhr notwendig ist, 3 bezeichnet eine Zeitzählvorrichtung zum Zählen
des Zeitzähleinheitssignales und zum Bilden eines Zeitsignals, 4 bezeichnet eine
Zeitanzeigevorrichtung, die durch den Ausgang von der
Zeitzählvorrichtung
3 angetrieben wird und die Seit anzeigt, und 5 bezeichnet eine Temperaturkompensiervorrichtung,
die mit einem Temperaturdetektor 6 versehen ist und die ein digitales Signal in
einem Zustand abgibt, der gegenüber dem Anfangszustand umgekehrt ist, wenn die Temperatur
höher als eine gegebene Temperatur wird.
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Ein Temperaturkompensiersignal wird auf der Grundlage eines Signals
gebildet, das von dem Temperaturdetektor abgeleitet und dem Zeitbezugsignalgenerator
1 zugeführt wird, um eine Frequenzänderung zu kompensieren, die durch eine Temperaturänderung
des von dem Zeitbezugsignalgenerator 1 abgegebenen Ausgangs verursacht wird. Auf
diese Weise wird im wesentlichen dieselbe Ausgangsfrequenz von dem Zeitbezugsignalgenerator
1 abgegeben, auch wenn sich.
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die Temperatur ändert.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der temperaturkompensierten
elektronischen Uhr nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird, wenn sicb
die Temperatur ändert, die Ausgangsfrequenz des Zeitbezugsignalgeneratcrs 1 geändert.
Diese Änderung der Ausgangsfrequenz wird durch die Temperaturkompensiervorrichtung
5 kompensiert.
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Der für die Temperaturkompensiervorrichtung 5 vorgesehene Temperaturdetektor
6 wird nun im einzelnen beschrieben.
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In Fig. 5 ist ein Grundschaltbild des in Fig. S und 4 dargestellten
Temperaturdetektors gezeigt. Tri bezeichnet einen Transistor, der als Temperaturdetektorelement
verwendet wird und aus Halbleitern mit verschiedenen Beitfah.igReitstypen besteht.
Die elektrische Kennlinie der Temperaturänderung, welcher der pn-Übergang des Transistors
Tr1 unterworfen wird, ist gegeben durch.
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I = Is (eqv/kt " 1) = Is . ,qv/kt
worin q die elektrische
Ladung eines Elektron, t eine absolute Temperatur, k die Boltzmannsche Konstante,
v die Spannung an dem pn-Ubergang und Is der Sättigungsstrom, der über den pn-Übergang
in entgegengesetzter Richtung fließt, sind. In Fig. 5 bezeichnen R1 und R2 Basisvorspannwiderstände
und bezeichnet R3 einen Kollektorwiderstand.
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Bei dem voranstehend beschriebenen Aufbau des in Fig. 5 gezeigten
Temperaturdetektors wird der Transistor Tri zum Umsetzen eines zweiwertigen logischen
Signals verwendet und seine Basis-Emit+er-Spannung Vbe ändert sich in Abhängigkeit
von der -Temperaturänderung. Wenn ein Spannungsteilerverh.ältnis zwischen den Basisvorspannwiderständen
R1 und R2 derart vorbestimmt wird, daß die Basis-Litter-Spannung Vbe bei einer gegebenen
Temperatur gleich dem Schwellwert des Transistors Tr1 ist, wird auf diese Weise
der Transistor Tr1 "Aus", wenn die Temperatur nicht höher als die gegebene Temperatur
ist, um das Kollektorpotential "1" zu machen. In dem zweiwertigen logischen Signal
ist ein hoher Pegel 1, während ein niedriger Pegel 0 ist. Wenn die Temperatur höher
als die gegebene Temperatur ist, wird der Transistor "Ein", um das Kollektorpotential
"O" zu machten. Das Kollektorpotential "O" als zweiwertiges logisches Signal istin
der Lage, die digitale Temperaturerkennung auszuführen.
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Wenn die Zustände, daß nämlich die Stromverstärkung des Transistors
Tr1 und der Kollektorwiderstand R3 groß sind und die Basisvorspannwiderstände R1
und R2 klein sind, erfüllt sind, ist es möglich, das zweiwertige logische Signal
stark zu erhöhen und zu verringern. Wenn sehr kleine Basisvorspannwiderstände R1
und R2 ausgewählt werden, wird der verbrauchte Strom erhöht. In diesem Falle kann
ein Pufferverstärker mit einer Stufe verbunden werden, die dem Transistor Dr1 folgt,
um dieselbe Wirkung, wie
oben beschrieben, zu erhalten. Wenn die
Stromversorgungsspannung einer Änderung ausgesetzt ist, kann zusätzlich ein Konstantspannungskreis
vorgesehen werden, um das zweiwertige logische Signal unabhängig von einer Temperaturänderung
stabil zu machen.
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In Fig. 6 ist eine Abwandlung des in Fig. 5 gezeigten Temperaturdetektorkreises
dargestellt. Bei dieser Ausfüh.rungsform wird ein Konstantspannungskreis vorgesehen,
der aus Dioden D1 und D2, einem in Reihe mit der Stromversorgungsquelle S geschalteten
Widerstand R5 und einem aus einem Transistor Tr2 bestehenden Pufferverstärker zusammengesetzt
ist. Ein Kollektorwiderstand R4 ist mit der Stufe verbunden, die dem Transistor
Tr1 des in Fig. 5 gezeigten Temperaturdetektors folgt. Bei dieser Ausführungsform
wird, wenn die Temperatur kleiner als die gegebene Temperatur ist, der Transistor
Dr1 "Aus", um das Kollektorpotential "1" zu machen, und als Ergebnis wird der Transistor
Tr2 "Ein", um dessen Ausgangspotential "O" zu machen. Wenn die Temperatur höher
als die gegebene Temperatur ist, wird der Transistor Tr1 "Ein", um das Kollektorpotential
"0" zu machen, und als Ergebnis wird der Transistor Tr2 "Aus", um dessen Ausgangspotential
"1" zu machen.
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Auf diese Weise ist es möglich, die digitale Temperaturerkennung mit
Hilfe des zweiwertigen logischen Signals "1" auszuführen.
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In Fig. 7 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform des in Fig.
5 gezeigten Temperaturdetektorkreises dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist
ein Widerstand R5 in Reihe mit der Stromversorgungsquelle E geschaltet.
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Diese Ausführungsform besteht nicht nur aus einem einfachen Konstantspannungskreis,
sondern auch aus einem Temperatur-Spannungs-Umsetzkreis.
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In Fig. 8 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform des in Fig.
5 gezeigten Temperaturdetektorkreises dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist
ein Konstantspannungskreis
vorgesehen, der aus einem Transistor
Tr3 und Widerständen R6 und R7 -besteht.
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In Fig. 9 ist eine Abänderung des in Fig. 7 gezeigten Temperaturdetektorkreises
dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein aus Transistoren Tr2 und Tr4 bestehender
Pufferverstärker dem in Fig. 7 gezeigten Temperaturdetektorkreis hinzugefügt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Transistor als
Temperaturdetektcrelement verwendet. Bin solcher Transistor kann auch durch eine
Diode 1)3 ersetzt werden, wie dies in ig. 10 gezeigt ist.
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Der in Fig. 10 gezeigte Temperaturdetektorkreis verwendet einen abgeglichenen
Kreis, bei dem der Ausgang von einem Differentialverstärker von einem einzelnen
Ende abgeleitet wird. Die Diode D3, die temperaturempfindlicher als -der abgeglichene
Transistor ist, ist mit der Basis eines Transistors Tr5 anstelle eines Basisspannungsteilerwiderstandes
R8 verbunden. Somit dient die Diode D3 als Temperatur-Spannungs-Umsetzelement. Bin
Spannungsteilerverhältnis zwischen einem Widerstand R10 und der Diode 1)3 wird derart
bestimmt, daß der Transistor grS Ein" bei einer höheren Temperatur als eine gegebene
Temperatur und "Aus" bei einer niedrigeren Temperatur als die gegebene Temperatur
wird, und als Ergebnis wird es möglich., einen Ausgang von dem Kollektor des Transistors
Tr5 bei der Temperatur zu erh.alten, die höher als die gegebene Temperatur ist.
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Dieser Ausgang kann zu einem Pufferverstärker abgegeben werden, durch
den die Wellenform des Ausgangssignals in eine stark ansteigende und abfallende
Welle geformt wird.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen
des Temperaturdetektors 6 beschrieben worden, der ein digitales Signal bei seinem
Zustand abgeben kann, der gegenüber dem Anfangszustand bei einer höheren Temperatur
als eine gegebene Temperatur umgekehrt ist.
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Mehrere solcher Temperaturdetektoren 6a, 6b, 6c und 6d können vorgesehen
werden, die jeweils in Fig. 5 bis 10 gezeigt sind und die digitale Signale bei ihren
Zuständen abgeben können, die gegenüber den Anfangszuständen bei Temperaturen höher
als die gegebenen Temperaturen, die voneinander verschieden sind, umgekehrt sind,
wie in Fig. 11 gezeigt ist. Die digitalen Signale von den Temperaturdetektoren 6a,
Sb, 6c und 6d können zu einem Signalumsetzer 7 abgegeben werden, von dem kodierte
digitale Signale abgeleitet werden können.
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Unter der Annahme, daß bei den in Fig. 11 gezeigten Temperaturdetektoren
6a bis 6d der Ausgang des zweiwertigen logischen Signals "1" von dem Ausgangsanschluß
QA des Temperaturdetektors 6a bei einer Temperatur höber als 1000, von dem Ausgangsanscbluß
QB des Temperaturdetektors 6b bei einer Temperatur höher als 200C, von dem Ausgangsanschluß
QC des Temperaturdetektors 6c bei einer Temperatur höher als 300C und von dem Ausgangsanschluß
QD des Temperaturdetektors 6d bei einer Temperatur höher als 4000 abgegeben wird,
ist die 3ezieh.ung zwischen den Temperaturen und den von den Ausgangsanschlüssen
QA bis QD abgegebenen Ausgangssignalen derart, wie es in der folgenden Tabelle 1
gezeigt ist.
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Tabelle 1 QA QB QC QD Nicht höher als 10°O O 0 0 0 Von 1000 bis 200C
1 0 0 0 Von 200C bis 300C 1 1 0 0 Von 3000 bis 40°C 1 1 1 0 Höher als 40°C 1 1 1
1 Zusätzlich ist die Beziehung zwischen den von den Ausgang anschlüssen QA bis QD
der Temperaturdetektoren 6a bis 6d abgegebenen Signale und den von den Ausgangsanschlüssen
P1 und P2 des Signalumsetzerkreises 7 abgegebenen Signalen in der folgenden Tabelle
2 angegeben.
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Tabelle 2
| QA QB QC QD P1 P2 |
| Nicht höher als 100O 0 0 0 0 # 1 0 |
| Von 10°C bis 200G 1 0 0 0 # 0 1 |
| Von 200C bis 3000 1 1 0 0 > 0 0 |
| Von 3000 bis 400C 1 1 1 0 # 0 1 |
| Höher als 400C 1 1 1 1 # 1 0 |
Die Verwendung der von den Ausgangsanschlüssen Pl und P2 abgegebenen Signale stellt
eine konstante Ausgangs frequenz von dem in Fig. 3 gezeigten Zeitbezugsignalgenerator
1 und von der in Fig. 4 gezeigten Zeitzähleinheitssignal-Formvorrichtung 2 unabhängig
von -einer Temperaturänderung sicher.
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Der Grund, warum die Ausgangsfrequenz von dem in Fig. 3 gezeigten
Zeitbezugsignalgenerator 1 im wesentlichen konstant und unabhangig von einer Temperaturänderung
gemacht werden kann, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
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In Fig. 12 ist graphisch die Temperatur-Frequenz-Kennlinie des in
Fig. 3 gezeigten Zeitbezugsignalgenerators 1 dargestellt.
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Es wird angenommen, daß die Temperatur-Frequenz-Kennlinie des in Fig.
3 gezeigten Zeitbezugsignalgenerators 1 derart ist, wie es durch die eine gestrichelte
Linie (a) in Fig. 12 gezeigt ist. Die Verwendung der von den Ausgangsanschlüssen
P1 und P2 des Signalumsetzerkreises 7 abgegebenen Signale mit Frequenzen von 4 Hz
bei einer Temperatur nicht höher als 10°C, 1 Hz bei einer Temperatur von 10°C bis
20°C, O Hz bei einer Temperatur von 200C bis 300C, 1 Hz bei einer Temperatur von
300C bis 4000 und 4 Hz bei einer Temperatur höher als 400C macht es möglich, die
Temperatur-Frequenz-Kennlinie (a) in eine Temperatur-Frequenz-Kennlinie (b) zu kompensieren
und zu ändern, die in Fig. 12 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist. Die in
Fig. 12 gezeigte
Temperatur-Frequenz-Kennlinie (a) wird- veranlaßt,
sicb.
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alle 100C zu ändern. Wenn die Zahl der Temperaturdetektoren 6 erhöht
wird, kann die Temperatur-Frequenz-Kennlinie (a) alle 5°C geändert werden, wodurch
die Genauigkeit der Temperaturkompensation hoch gemacht werden kann.
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Bei den in den Fig. 5 bis 12 dargestellten Ausführungsformen wird
ein Temperaturdetektorelement verwendet, bei dem ein Temperatur-Spannungs-Umsetzelement
aus Halbleitern besteht, deren Leitfähigkeitstypen voneinander verschieden sind,
z.B. ein Transistor, eine Diode u.dgl. Als Temperatur-Spannungs-Umsetzelement kann
ein Element aus einem Leiter und einem daran angrenzenden Halbleiter verwendet werden,
z.B. eine Schottky-Diode.
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Weitere Ausführungsformen des Temperaturdetektors 6 werden nachfolgend
beschrieben.
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In Fig. 13 ist ein Temperaturdetektor mit mehreren Transistoren Tr1,
Tr2, ... Trn gezeigt. Die Basen dieser Transistoren Trl, Tr2, ... Trn sind über
Widerstände RB1, RB2, ..., RBn verschiebbar mit einem gemeinsamen Basisvorspannwiderstand
RO verbunden.
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Der gemeinsame Basisvorspannwiderstand RO ist in R1 und R2 durch den
verschiebbaren Kontakt des Basiswiderstandes RB1 des Transistors Tri derart aufgeteilt,
daß die Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Tr1 gleich dem Schwellwert des
Transistors Trl bei einer gegebenen Temperatur ist.
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Der gemeinsame Basisvorspannwiderstand RO ist in R3 und R4 durch den
verschiebbaren Eontakt des Basiswiderstandes RB2 des Transistors Tr2 derart aufgeteilt,
daß die Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Tr2 gleich dem Schwellwert des
Transistors Tr2 bei einer unterschiedlichen gegebenen Temperatur ist. In gleicher
Weise ist der gemeinsame Basisvorspannwiderstand RO in zwei verschiedene
Widerstandsteile
durcb den verschiebbaren Kontakt des Basiswiderstandes RBn des Transistors Trn derart
aufgeteilt, daß die Basis-Emitter-Spannung V22 des Transistors rL.
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gleich. dem Schwellwert des Transistors Trn bei einer anderen unterschiedlichen
gegebenen Temperatur ist. Wenn die Temperatur niedriger als die gegebenen Temperaturen
aller Transistoren Tr1, Tr2, ... Tris, werden alle Transistoren zum und ih.re Kollektorpotentiale
werden "1".
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Wenn die Temperatur auf eine gegebene Temperatur für den Transistor
Tr1 ansteigt, wird nur der Transistor Trl "1", um dessen Kollektorpotential "O"
zu machen.
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In diesem Falle sind alle anderen Transistoren "Aus" und deren Kollektorpotentiale
werden bei "1" gehalten.
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Wenn die Temperatur weiter ansteigt und bei einer gegebenen Temperatur
ankommt, die für den Transistor Tr2 definiert ist, wird der Transistor Tr2 "Ein",
um sein Kollektorpotential "O" zu machen. In diesem Falle sind alle anderen Transistoren
außer den Tranistoren Trl und Tr2 "Aus" und als Ergebnis werden digitale Signale
aufeinanderfolgend mit Zuständen abgegeben, die gegenüber ihren Anfangs zuständen
umgekehrt sind.
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Wenn der Transistor Tr1 "Ein" wird, wird der Widerstand R2 zwischen
den verschiebbaren Kontakt A und den geerdeten Anschluß G parallel zu dem Basiswiderstand
RB1 des Transistors Tr1.gesch.altet. Um diese parallelen Widerstände im wesentlichen
gleich. dem Widerstand R2 zu machen, wird der Basiswiderstand RB1 derart ausgewählt,
daß gilt RB1 t R2. Die parallelen Widerstande sind dann gegeben durch
und werden somit im wesentlichen gleich R2.
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Der gemeinsame Basisvorspannwiderstand RO kann aus mehreren festen
Widerständen R21, R22, ... Rn und Rn+1 bestehen, wie in Fig 14 gezeigt ist.
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Wenn der in Fig. 1 &C- 14 gezeigte gemeinsame Basisvorspannwiderstand
RO aus einem festen Wiederstand besteht, ist es nur möglich, eine letnperatorkompensation
für einen Zeitbezugsignalgenerator mit einer gegebenen Temperatur-Frequenz-Kennlinie
auszuführen. Im Gegensatz dazu ist es, wenn wenigstens ein Teil des gemeinsamen
Basisvorspannwiderstandes PO variabel gemacht wird, möglich, eine Temperaturkompensation
für einen Zeitbezugsignalgenerator mit jeder gewünschten Temperatur- Frequenz-Kennlinie
auszuführen.
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Wenn der Widerstandswert des gemeinsamen Basisvorspannwiderstandes
RO fest ist, ist es somit nur möglich, eine Temperaturkompensation für einen Zeitbezugsignalgenerator
mit einer Temperatur-Frequenz-Kennlinie (a) auszuführen, wie sie in Fig. 15 durch.
die ausgezogene Linie dargestellt ist. Wenn jedoch. dieser Temperaturdetektor verwendet
wird, um eine Temperaturkompensation für einen Zeitbezugsignalgenerator mit einer
Temperatur-Frequenz-Kennlinie (b) auszufübren, deren Temperaturkoeffizient Null
von dem der Temperatur-Frequenz-Kennlinie (a) um 5°C abweicht, wie dies durch gestrichelte
Linien in Fig. 15 gezeigt ist, wird die Temperatur-Frequenz-Kennlinie (b) in eine
Temperatur-Frequenz-Kennlinie (c) geändert, wodurch eine sehr präzise Temperaturkompensation
unmöglich. gemacht wird.
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tIIeen wenigstens ein Teil des gemeinsamen Basisvorspannwiderstandes
RO, z.B. der in Fig. 14 gezeigte Widerstand R21, variabel gemacht oder durch einen
anderen Widerstand ersetzt wird, kann die Temperatur-Frequenz-Kennlinie (c) in die
Demperatur-»requenz-Kennlinie (d) korrigiert werden, wie dies in Fig. 15 gezeigt
ist.
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Die elektronische Uhr kann mittels einer Temperaturkompensiervorrichtung
temperaturkompensiert werden, die einen Temperaturdetektor mit einer temperaturempfindlichen
Einrichtung und einen Generator für kodierte Signale enthält,
wobei
der Temperaturdetektor nur aus einem Temperatur detektorelement besteht und ein
digitales Signal mit einem Zustand abgibt, der gegenüber seinem Anfangszustand bei
einer Temperatur höher als ein Mehrfaches der gegebenen Temperaturen umgekehrt ist.
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In Fig. 16 ist im einzelnen ein Schaltbild der temperaturkompensierten
elektronischen Uhr gezeigt, die in Fig. 4 durch ein Blockschaltbild dargestellt
ist.
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In den Fig. 4 und 16 sind für dieselben Teile dieselben Bezugszeichen
verwendet.
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Die in Fig. 16 gezeigte Temperaturkompensiervorrichtung 5 enthält
eine temperaturempfindliche Einrichtung 8 mit nur einem Temperaturdetektorelement,
einen Spannungsgenerator 9 zum Zuführen einer Spannung zum Bestimmen einer Detektortemperatur,
einen Generator 10 für kodierte Signale, der aus einem Schieberegister zum Steuern
der Ausgangsspannung von dem Spannungsgenerator 9 bestrebt, einen Temperatur-Kodesignal-Diskriminator
11 zum Bilden eines temperatur kodierten digitalen Signals mittels des Ausgangssignals
von der temperaturempfindlichen Einrichtung 8 und des iusgangssignals von dem Kodesignal-Generator
10 und zum Speichern des temperaturkodierten Signals, einen Frequenzsteuerkreis
12 zum Bilden schmaler Impulssignale mittels des Ausgangssignals von dem Temperatur-Kodesignal-Diskriminator
11 und des Ausgangssignals von der Zeitzähleinheitssignal-Bormeinricb.tung 2 und
einen Brequenzaddier kreis 13 zum Addieren des Ausgangssignals von dem Frequenzsteuerkreis
12 zu dem Ausgangssignal von dem Zeitbezugsignalgenerator 1.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 16 gezeigten temperaturkompensierten
elektronischen Uhr ist wie folgt.
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Der Kodesignalgenerator 10, der aus dem Schieberegister besteht, gibt
keinen Datenausgang von irgendeinem seiner Ausgangsanschlüsse in dem Anfangs zustand
ab9 bei dem
Eingangstaktimpulse nicht vorhanden sind. Wenn Eingangstaktimpulse
vorhanden sind, werden die Datenimpulsausgänge ansprechend auf die Zahl der Eingangstaktimpulse
verschoben.
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Die derart verschobenen Datenimpulsausgänge werden zu dem Detektor-Temperaturbestimmungs-Spannungsgenerator
9 abgegeben, um elektronische Schalter, wie Übertragungstore TG1, TC2, TG3, TG4
u.dgl., zu steuern und als Ergebnis wird eine Spannung von dem Detektor-Temperaturbestimmungs-Spannungsgenerator
9 zu der temperaturempfindlichen Einrichtung abgegeben.
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Bei einer gegebenen Temperatur wird, wenn eine Spannung, die gleich
der Grnzspannung ist, durch die der Anfangs zustand der temperaturempfindlichen
Sinrich.tung 8 umgekehrt wird, von dem Detektor-Temperaturbestimmungs-Spannungsgenerator
9 zu der temperaturempfindlichen Einrichtung 8 abgegeben wird, das Ausgangssignal
von der temperaturempfindlichen Einrichtung 8 zu dem Temperatur- kodesignal-Diskriminator
11 abgegeben, der diskriminiert, daß das Ausgangssignal von jeder Sch.ieberegisterstuSe
des Kodesignalgenerators 10 ein temperaturkodiertes Signal ist, das dann in einem
Speicherkreis 11a gespeichert wird. Dann wird ein Rückstellsignal von dem Temperatur-Kodesignal-Diskriminator
11 zu dem Schieberegister abgegeben, um letzteres zurückzustellen, wodurch der Kodesignalgenerator
10 in seinen anfangszustand zurückgebracht wird, in dem er bereit ist, eine nächste
Temperaturbestimmung auszuführen.
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Das durch den Speicherkreis 11a gespeicherte temperaturkodierte Signal
wird gehalten, bis ein nächstes temperaturkodiertes Signal an dem Speicherkreis
ankommt. Dann wird das temperaturkodierte Signal zu einem Anschluß von UND-Toren
des Frequenzsteuerkreises 12 abgegeben.
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Den anderen Anschlüssen der UND-Tore des Brequenzsteuerkreises 12
werden Ausgänge von der Zeitzähleinheitssignal-Formeinrichtung 2 zugeführt. Schmale
, in der Ph.ase voneinander
abweichende Impulse werden von den
UND-Toren über ein ODER-Tor zu einem der Dingangsanschlüsse eines EXKLUSIV-ODER-Tores
13 abgegeben, dessen anderer Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Zeitbezugsignalgenerators
1 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Frequenzaddition ausgefah.rt.
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Im allgemeinen ist die wrequenz-Temperatur-Eennlinie des Zeitbezugsignalsgenerators
1, d.h. eines Oszillatorkreises mit einem Oszillator mit einer elektro-mecbanischen
Umsetzeigenschaft, z.B. ein Kristalloszillator od.dgl., graphisch durch eine Kurve
zweiten Grades oder eine Kurve dritten Grades dargestellt. Wenn die Frequenz in
einem zu verwendenden Temperaturbereich auf eine niedrigere Frequenz als die ideale
Frequenz eingestellt wird, die eine Zeitzähleinheitsbezugsignalfrequenz ist, die
eine Periode in der minimalen Zeiteinheit aufweist, die in der Praxis im Falle einer
Zeitzählung verwendet wird, wird somit die Ausgangsfrequenz von dem Zeitzähleinheitsignalgeneratorkreis
2 im wesentlichen gleich. der idealen Frequenz und wird zu der Zeitzähleinrichtung
3 abgegeben.
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Bei der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform wird das temperatu8rkodierte
Signal wiederholt den UND-Toren des Frequenzsteuerkreises 12 zugeführt. Bin Zeitgeberkreis
wird vorgesehen, der das temperaturkodierte Signal in abtastender Weise zum Zweck
der Einsparung von Verbrauchsleistung abgeben kann.
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Wie oben beschrieben wurde, ist die in Fig. 16 gezeigte elektronische
Uhr derart aufgebaut, daß beim Auftreten der Temperaturänderung die Ausgangsfrequenz
von dem Zeitbezugsignalgenerator 1 geändert wird, jedoch. wird die Ausgang frequenz
von der Zeitzäbleinbeitsignal-Formeinrichtung 2 im wesentlichen bei derselben Frequenz
als vorher beim Auftreten der Temperaturänderung gehalten.
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Fig. 17 zeigt im einzelnen ein Schaltbild der temperaturkompensierten
elektronischen Uhr, die in Fig. 3 durch. ein Blockschaltbild dargestellt und derart
aufgebaut ist, daß beim Auftreten der Temperaturc.rderung die Ausgangs frequenz
von dem Zeitbezugsignalgenerator 1 im wesentlicben auf derselben Frequenz wie die
vor dem Auftreten der Temperaturänderung gehalten wird.- In den Fig. 3 und 17 sind
dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Wenn Ringangstaktimpulse einem Kodesignalgenerator 10 zugeführt werden,
der aus einem Zählerkreis besteht, werden zweiwertige logische digitale Signale
von den Ausgang anschlüssen der Zah.lzustände zu einem Detektor-Temperaturbestimmungs-Spannungsgenerator
9 abgegeben, der aus einem D-A-Umsetzer besteht.
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Der D-A-Umsetzer besteht aus einem leiterförmigen Widerstandskreis,
der aufeinanderfolgend den Betrag einer Spannung andern kann.
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Wenn der Betrag der Spannung, die von dem Detektor-Temperaturbestimmungs-Spannungsgenerator
9 einer temperaturempfindlichen Einrichtung 8 bei einer gegebenen Temperatur zugeführt
wird, mit der Grenzspannung zusammenfällt, die ein zweiwertiges logiscbes digitales
Signal mit seinem Zustand abgibt, der gegenüber dem Anfangszustand umgekehrt ist,
wird der Ausgang von der temperaturempfindlichen Einrichtung 8 zu einem der Eingangsanschlüsse
des Torkreises eines Temperatur-Kodesignal-Diskriminators 11 abgegeben.
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Zusätzlich werden die Ausgänge von den entsprechenden Stufen des Zählers
10 den anderen Eingangsanschlüssen des Temperatur-Eodesignal-Diskriminators 11 zugeführt
und als Ergebnis wird das temperaturkodierte Signal entsprechend der gegebenen Temperatur
von dem Temperatur-Kodesignal-Diskriminator 11 abgegeben.
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Das auf diese Weise abgegebene temperaturkodierte Signal wird durch.
einen Speicherkreis gespeichert, der für den Temperatur-Kodesignal-Diskriminator
11 vorgesehen ist,
und wird gehalten, bis ein nächstes temperaturkodiertes
Signal an dem Speicherkreis ankommt. Dieses temperaturkodierte Signal dient als
Steuersignal zum Umschalten der Kapazität des Zeitbezugsignalgenerators 1 mit Hilfe
elektronischer Schalter, wie Übertragungstroen TGl, TG2, TG3, TG4 ud.dgl. Auf diese
Weise ist die in Fig. 17 gezeigte elektronische Uhr in der Lage, die Kapazität des
Zeitbezugsignalgeneratore 1 zu ändern, wenn er einem Temperaturwech.sel und somit
dem Ausgang davon ausgesetzt ist, und die Frequenz, die im wesentlichen mit der
idealen Frequenz von dem Zeitbezugsignalgenerator 1 zusammenfällt, zu der Zeitzähleinrichtung
3 abzugeben.
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Die elektronische Uhr nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie
zuverlässig temperaturkompensiert werden kann und daß sie in einem stabilen Zustand
für eine lange Zeit arbeiten kann, auch. wenn sie einem Wechsel der äußeren Temperatur
ausgesetzt ist, und daß fast alle Schaltungselemente der Temperaturkompensiervorrichtung
in eine integrierte Schaltung eingesetzt werden können, wodurch die Uhr geringe
Abmessungen erhält.