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Die
Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuerung für eine Kraftfahrzeuglampe.
Sie dient zum Steuern von Lämpchen
in einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs.
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Zum
Steuern der Helligkeit einer Armaturbrettbeleuchtung ist es bekannt,
von der Pulsbreitenmodulation (PWM) Gebrauch zu machen, wobei eine in
der Impulsbreite modulierte Welle zum Einstellen eines Lämpchen-Treiberstroms
benutzt wird. Das Tastverhältnis
der PWM-Welle wird von einem Benutzer eingestellt, um die Leuchtstärke des
Lämpchens oder
der Lämpchen
zu ändern.
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4 zeigt schematisch den
Aufbau einer solchen Beleuchtungsstärken steuerschaltung für Lampen
oder Lämpchen.
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Nach 4 erzeugt eine PWM-Steuerung 100 eine
PWM-Welle, deren Amplitude von einer Ladungspumpschaltung (Verdopplerschaltung) 300 erhöht wird,
und die dann einem N-Kanal-MOSFET 400 zugeführt wird.
Der MOSFET 400 wird nach Maßgabe der ihm zugeführten PWM-Welle
ein- und ausgeschaltet, um so den Treiberstrom für ein Lämpchen 500 intermittierend
zuzuführen,
damit das Lämpchen mit
einer der PWM-Welle entsprechenden Helligkeit leuchtet.
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Die
Intensität
des von dem Lämpchen 500 abgegebenen
Lichts hängt
ab von dem Tastverhältnis
des intermittierend zugeführten
Treiberstroms. Die PWM-Steuerung 100 enthält einen
veränderlichen
Widerstand 200, der von dem Benutzer verstellt werden kann.
Durch Verändern
des Widerstandswerts des veränderlichen
Widerstands 200 kann das Tastverhältnis der von der PWM-Steuerung 100 abgegebenen
PWM-Welle geändert
werden. Dadurch, daß der
Benutzer den veränderlichen
Widerstand 200 verändert,
wird also das Tastverhältnis
der Treiberstroms für
das Lämpchen 500 geändert, und
entsprechend ändert
sich die Intensität
des von dem Lämpchen 500 abgegebenen
Lichts.
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5 ist ein Schaltungsdiagramm
einer praktischen Ausführungsform
der in 4 dargestellten
Helligkeitssteuerung für
Lämpchen.
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In 5 bilden ein Vergleicher 101,
ein Kondensator 102, eine Diode 105 und Widerstände 103, 104 gemeinsam
einen Ringoszillator in der speziellen Ausführung als Dreieckwellenoszillator 100A,
welcher einen Vergleicher 106 ansteuert, um die PWM-Steuerung 100 gemäß 4 zu vervollständigen.
Abhängig
davon, daß sich
der Ausgangspegel des Vergleichers 101 abwechselnd auf "H" (hohen Pegel) und "L" (niedrigen
Pegel) ändert,
wird der Kondensator 102 aufgeladen und entladen, wodurch eine
Dreieckwelle A erzeugt wird. Diese Dreieckwelle A wird auf einen
nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 106 gegeben,
dessen invertierendem Eingang eine Bezugsspannung B zugeführt wird, welche
von dem veränderlichen
Widerstand 200 erhalten wird. Der veränderliche Widerstand 200 umfaßt einen
Festwiderstand 201, einen Drehschalter 202 und
einen Widerstand 203, dessen Widerstandswert von der Stellung
des Drehschalters 202 abhängt. Eine aus den Widerständen 201 und 203 durch
Teilen einer Quellenspannung + Vcc erhaltene Spannung bildet die
Bezugsspannung B. Der Vergleicher 106 erzeugt eine PWM-Welle C, die
- – einen
Zustand "H" einnimmt, wenn der
Pegel der Dreieckwelle A größer als
oder so groß ist
wie die Bezugsspannung B und
- – den
Wert "L" annimmt, wenn der
Pegel der Dreieckwelle A kleiner als die Bezugsspannung B ist.
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Wenn
der Drehschalter 202 betätigt wird, um den Widerstandswert
des Widerstands 203 zu ändern, ändert sich
die Bezugsspannung B, wodurch das Tastverhältnis der PWM-Welle C, die
von dem Vergleicher 106 abgegeben wird, variiert wird.
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Während der
Zeitspanne "L" der von dem Vergleicher 106 erzeugtem
PWM-Welle ist ein Gate-Potential des MOSFET 400 geringer
als dessen Drain-Potential, und der MOSFET 400 wird nicht eingeschaltet.
Damit der MOSFET 400 während
der Zeitspanne "H" der PWM-Welle C
eingeschaltet wird, muß das
Gate-Potential des MOSFETs 400 größer sein als das Drain-Potential.
Die Verdopplerschaltung 300 ist erforderlich, um den Pegel "H" der PWM-Welle C derart anzuheben, daß eine derartige Bedingung
erfüllt
wird.
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Die
Verdopplerschaltung 300 enthält eine Diode 309,
einen Kondensator 302 und Widerstände 303 und 304.
Wenn der Ausgang des Vergleichers 101 des Dreieckwellenoszillators 100A den
Wert "L" annimmt, wird der
Kondensator 302 über
die Diode 301 auf + Vcc aufgeladen. Zu dieser Zeit wird
der Kondensator 102 in dem Dreieckwellenoszillator 100A über die
Diode 105 und den Widerstand 106 abrupt entladen,
allerdings ist dieser Ladevorgang nicht derart abrupt, daß die Aufladung
des Kondensators 302 in der Verdopplerschaltung 300 behindert wird.
Wenn der Ausgang des Vergleichers 101 in dem Dreieckwellenoszillator 100A den
Wert "H" annimmt, wird eine
Ladespannung des Kondensators 102 angehoben, wodurch die
von dem Vergleicher 106 kommende PWM-Welle C den Wert "H" annimmt.
Hinzugefügt
zu einem Potential dieses Werts "H" der PWM-Welle C
wird eine Ladespannung des Kondensators 302, und zwar über den
Widerstand 303, so daß das
Gate-Potential des MOSFET 400 derart angehoben wird, daß es das
Drain-Potential übersteigt.
Folglich wird der MOSFET 400 eingeschaltet.
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Aufgrund
dieser Ausgestaltung läßt sich durch
Betätigen
des Drehschalters 202 zum Ändern der Bezugsspannung B
das Tastverhältnis
der von dem Vergleicher 106 erzeugten PWM-Welle C und damit
das Ein-/Aus-Tastverhältnis des
MOSFET 400 ändern.
Im Ergebnis verändert
sich die Lichtstärke der
Lampe 500 gemäß 4.
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Bei
der oben beschriebenen Schaltung muß die Verdopplerschaltung 300 das
Ein-/Aus-Steuern des MOSFETs bewirken. Genauer gesagt, eine an die
in einem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs untergebrachte Lampe 500 angelegte
Spannung beträgt
12 V, und diese Spannung ergibt das Drain-Potential des N-Kanal-MOSFETs 400.
Deshalb wird die Quellenspannung + Vcc auf 12 V eingestellt. Um
den MOSFET 400 einzuschalten, muß das Gate-Potential ausreichend
höher sein
als das Drain-Potential.
Da aber der Vergleicher 106 mit der Quellenspannung + Vcc
betrieben wird, ergibt sich als resultierendes Potential für "H" der PWM-Welle C maximal der Wert + Vcc.
Wenn also lediglich das Potential von "H" der PWM-Welle
C ohne weiteres an das Gate des MOSFETs 400 gelegt würde, würde der
MOSFET 400 nicht eingeschaltet werden. Aus diesem Grund
ist die Verdopplerschaltung 300 vorgesehen, damit sie die Spannung
für den
Wert "H" der PWM-Welle C
auf etwa das Doppelte der Quellenspannung heraufsetzt.
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Allerdings
macht die Verdopplerschaltung 300 insofern Probleme, als
sie relativ viel Raum beansprucht und die Baugröße der gesamten Steuereinrichtung
heraufsetzt. Die Hinzufügung
der Verdopplerschaltung 300 erhöht die Teilezahl und die Fertigungskosten.
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Außerdem erfordert
die oben erläuterte Schaltung
zwei Vergleicher als wesentliche Bestandteile, nämlich den Vergleicher 101 des
Dreieckwellenoszillators 100A und den Vergleicher 106 zum
Erzeugen der PWM-Welle. Der Umstand, daß diese Vergleicher jeweils
eine komplizierte Schaltung sind, welche viele Teile enthält, setzt
die Gesamtzahl von Teilen weiter hinauf und erhöht Kosten und Größe der herkömmlichen
Steuerung.
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Für den Fall,
daß also
beispielsweise die Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen automatisch
ein- und ausgeschaltet werden, indem man die Helligkeit der Umgebung
erfaßt,
wäre ein
Schalter erforderlich, um eine Armaturenbrett-Beleuchtungslampe
oder dergleichen ein- und auszuschalten, nachdem gleichzeitig die
Scheinwerfer geschaltet wurden.
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Aus
der
US 4 935 641 ist
eine Dimmerschaltung mit Pulsbreitenmodulation bekannt, die dazu dient,
die Armaturenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs anzusteuern. Wie an
sich bekannt, erfolgt ein Vergleich zwischen einem einstellbaren
Bezugsspannungswert mit einer Sägezahnspannung
zur Erzeugung von Rechteckimpulsen, die ihrerseits das Tastverhältnis für die Kraftfahrzeuglampe
festlegen, mithin dessen Helligkeit. Die Ansteuerung der Lampe erfolgt über einen
N- oder P-Kanal-MOSFET. Aus der JP 4-438 98 U ist es bekannt, eine
Helligkeitssteuerung über
einen MOSFET vorzunehmen, dessen Drain an eine Spannungsquelle,
dessen Source an die zu steuernde Lampe, und dessen Gate an einer Rechteckspannungsquelle
angeschlossen ist.
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Aus
der
US 4 887 006 ist
eine Dimmerschaltung bekannt, bei der einem Multivibrator ein Schalter zugeordnet
ist, der zur Vermeidung von Flimmern der Lampe eingeschaltet wird,
wenn der Multivibrator im Bereich maximaler Helligkeit für die Lampe
arbeitet.
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Aus
der
JP 0 222 4521 ist
eine Funktion zur Sperrung der Stromzufuhr zu einem Halbleiterbauelement
bekannt. Zum Erkennen eines Überstroms werden
ein auf einen Vergleicher arbeitender Stromdetektor und ein ebenfalls
auf einen Vergleicher arbeitender Temperaturfühler eingesetzt, wobei die
von den beiden Vergleichern erzeugten Signale einer UND-Verknüpfung unterzogen
werden, um ggf. die Stromzufuhr zu dem Halbleiterbauelement zu sperren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Helligkeitssteuerung für eine Kraftfahrzeuglampe
anzugeben, die eine vergleichsweise geringe Teilezahl, niedrige
Kosten und geringe Baugröße aufweist
und zuverlässig
und sicher arbeitet.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die Helligkeitssteuerung gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen
und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dadurch,
daß man
dafür sorgt,
daß die
Kraftfahrzeuglampe automatisch dann eingeschaltet wird, wenn ein
Schalter zum Einschalten der Scheinwerfer geschlossen wird, ist
es möglich,
die Mittel fortzulassen, die zum Erleuchten der Armaturenbrettbeleuchtung
oder dergleichen dienen. Es entstehen also keine Schwierigkeiten
beim getrennten Einschalten und Ausschalten der Lampe.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform
einer Helligkeitssteuerung für
Lampen gemäß der Erfindung;
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2 ein
Impulsdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebs eines Teils der
Helligkeitssteuerung nach 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht des äußeren Erscheinungsbilds
der Lampen-Helligkeitssteuerung nach 1;
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4 ein
Blockdiagramm eines Beispiels für eine
bereits konzipierte Lampen-Helligkeitssteuerung;
und
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5 ein
Schaltungsdiagramm einer praktischen Ausgestaltung der Lampen-Helligkeitssteuerung
nach 4.
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 3 soll im
folgenden ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert
werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampen-Helligkeitssteuerung
einen astabilen Multivibrator 1 mit einem veränderlichen
Widerstand 2, einen Negator 3, der an den Ausgangsanschluß des Multivibrators 1 angeschlossen
ist, eine Bezugsspannungsquelle 12 mit Widerständen 13 und 14 und
zum Bereitstellen einer Spannungsversorgung für den Multivibrator 1,
eine erste Treiberschaltung 4, die an den Ausgangsanschluß des Negators 3 angeschlossen
ist und einen P-Kanal-MOSFET 5 sowie einen Widerstand 6 enthält, eine
Lampe 7, die von einem von der ersten Treiberschaltung 4 gelieferten
Strom gespeist wird, eine Schutzschaltung 8, bestehend aus
einem Temperaturfühler 9,
einem Vergleicher 10 und einem Widerstand 11,
eine zweite Treiberschaltung 15, bestehend aus Widerständen 16 und 17,
Dioden 18 und 19 und einem Vergleicher 20,
einen Scheinwerfer 21, der von einem seitens der zweiten Treiberschaltung 15 gelieferten
Strom gespeist wird, und einen Schalter 22.
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Wie
in 2 gezeigt ist, liefert der astabile Multivibrator 1 eine
Rechteckwelle vorbestimmter Frequenz (2a),
welche von dem Negator 3 invertiert wird (2b),
um dann an ein Gate des P-Kanal-MOSFETs 5 in der ersten
Treiberschaltung 4 angelegt zu werden. Der MOSFET 5 wird
während
einer "L"-Zeitspanne der von
dem Negator 3 kommenden Rechteckwelle eingeschaltet, so
daß ein
Strom von einer Spannungsquelle + Vdd, die an seine Source geschaltet
ist, in die an seinen Drain angeschlossene Lampe 7 gelangt,
während
die Lampe bei der "H"-Zeitspanne der Rechteckwelle
ausgeschaltet wird (2c). Durch Ändern des
Widerstandswerts des veränderlichen
Widerstands 2 in dem astabilen Multivibrator 1 läßt sich
die Zykluszeit der von dem astabilen Multivibrator 1 gelieferten
Rechteckwelle und mithin das Ein-/Ausschalten des MOSFETs 5 ändern. Als
Ergebnis läßt sich
die Menge des durch die Lampe 7 fließenden Stroms ändern, wodurch
sich die Beleuchtungsstärke
der Lampe 7 ändert.
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Im
Fall eines P-Kanal-MOSFETs läßt sich dieser
dadurch ein-/aussteuern, daß man
sein Gate-Potential in dem Bereich unterhalb seines Source-Potentials ändert, wobei
an die Source die Quellenspannung + Vdd geliefert wird. Die Quellenspannung
+ Vdd wird über
den Widerstand 6 an das Gate des MOSFETs 5 gelegt,
die Spannungen während
der Zeitspannen "H" und "L" der von dem Negator 3 gelieferten
Rechteckwelle werden in der richtigen Weise eingestellt, und außerdem wird
der Wert des Widerstandes 6 derart eingestellt, daß eine an das
Gate des MOSFETs 5 über
den Widerstand 6 gelangende Spannung den MOSFET 5 während der Zeitspanne "L" der Rechteckwelle einschaltet, den MOSFET
jedoch nicht während
der Zeitspannung "H" der Rechteckwelle
einschaltet.
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Damit
kann der MOSFET 5 direkt durch das Rechteckwellensignal
ein- und ausgeschaltet
werden, welches von dem Negator 3 invertiert und von dem
astabilen Multivibrator 1 ausgegeben wird. Folglich kann
man die in Verbindung mit der oben erläuterten Schaltung benötigte Verdopplerschaltung
(Ladungspumpschaltung) weglassen.
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Da
außerdem
das Rechteckwellensignal zum Ein-/Aussteuern des MOSFETs 5 durch
den astabilen Multivibrator 1 erzeugt wird, sind die Vergleicher 101 und 106 der
oben erläuterten
Schaltung zum Erzeugen des Rechteckwellensignals nicht notwendig.
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Folglich
benötigt
die Steuerung nach dieser Ausführungsform
keine Verdopplerschaltung mehr, auch keinen Vergleicher, die eine
große
Anzahl von Bauteilen, einen komplexen Schaltungsaufbau und beträchtlichen
Platzbedarf bedingen. Es läßt sich also
eine Kostenverringerung ebenso erreichen wie eine Verkleinerung
der Baugröße und eine
Schaffung mehrerer Funktionen.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des äußeren Erscheinungsbilds der
Helligkeitssteuerung nach dieser Ausführungsform. Genauer gesagt,
zeigt 3 eine Einheit zum Speisen einer Armaturenbrett-Beleuchtungslampe,
welche angepaßt
ist an die elektrische Anlage für
Kraftfahrzeuge (die Anlage befindet sich in erster Linie innerhalb
des Armaturenbretts).
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Die
dargestellte Einheit besitzt eine Baugröße, welche vergleichbar ist
mit der eines Hybrid-ICs, was bedeutet, daß die Einheitengröße sich
auf 1/3 im Vergleich zur herkömmlichen
Ausbildung der Steuerung verkleinern läßt.
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Da
außerdem
die Helligkeitssteuerung für Lampen
ausgebildet wird, ohne daß eine
Verdopplerschaltung und zwei Vergleicher benötigt werden, läßt sich
die Einheit mit der Hälfte
der Fertigungskosten für
die herkömmliche
Einheit herstellen.
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Die
Schutzschaltung dient zum Schutz des MOSFETs 5 gegen Kurzschluß und enthält den Temperaturfühler 9,
beispielsweise in Form eines Thermistors, und den Vergleicher 10.
In der Bezugsspannungsquelle 12 wird die Eingangs-Quellenspannung +
Vcc über
Punkte A, A1 an die Widerstände 13 und 14 geliefert,
welche die Quellenspannung teilen, um eine Bezugsspannung a zu erhalten.
In der Schutzschaltung 8 gelangt diese Bezugsspannung a
an den einen Eingang des Vergleichers 10, während die Spannung
am Punkt A1 außerdem
durch den Temperaturfühler 9 und
den Widerstand 11 geteilt und die dadurch erhaltene geteilte
Spannung b an den anderen Eingang des Vergleichers 10 gelegt
wird.
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Im
Normalzustand hat der MOSFET 5 eine niedrige Temperatur,
während
der Widerstandswert des Temperaturfühlers 9 groß ist, was
zu der Beziehung a > b
führt.
Deshalb ist der Ausgang des Vergleichers 10 auf "H", d. h. hoher Impedanz, so daß der MOSFET 5 durch
das Ausgangssignal des Negators 3 ein-/ausgesteuert wird.
Für den
Fall einer Abnormalität,
beispielsweise eines Kurzschlusses, im MOSFET 5 entsteht
die Relation a < b
als Ergebnis der erhöhten
Temperatur des MOSFETs und eines entsprechend erhöhten Widerstandswerts
des Temperaturfühlers 9,
so daß der
Ausgang des Vergleichers 10 den Zustand "L" einnimmt und demzufolge der MOSFET 5 ausgeschaltet
bleibt. Der MOSFET 5 wird also nicht mit Strom gespeist,
so daß seine
Temperatur abnimmt. Hierdurch wird er wirksam geschützt.
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Wenn
die Schutzschaltung nicht vorgesehen wäre, würde der MOSFET häufiger zerstört, und
entsprechend mühsam
wäre der
Austausch des beschädigten
MOSFETs durch ein neues Bauteil, was außerdem die Sicherheit des Fahrzeugbetriebs
beeinträchtigen
würde.
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Die
zweite Treiberschaltung 15 dient zum Steuern des Betriebs
und des Ruhezustands des astabilen Multivibrators 1, und
die zweite Treiberschaltung enthält
die Widerstände 16, 17,
die Dioden 18 und 19 und den Vergleicher 20.
Wenn der Ausgang des Vergleichers 20 den Zustand "H" einnimmt, ist die Diode 19 in
Sperrichtung gepolt, wobei die Quellenspannung + Vcc vom Punkt A
in der Bezugsspannungsquelle 12 an einen Punkt A3 gelegt
wird und deshalb der astabile Multivibrator 1 in einen
Betriebszustand gelangt. Wenn hingegen das Ausgangssignal des Vergleichers 20 den
Zustand "L" einnimmt, ist die
Diode 19 in Durchlaßrichtung
geschaltet, und der Betrieb des astabilen Multivibrators 1 wird
angehalten.
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Der
Vergleicher 20 empfängt
als eine Eingangsgröße die von
den Widerständen 13 und 14 der Bezugsspannungsquelle 12 gebildete
Bezugsspannung a, und er empfängt
als weitere Eingangsgröße eine
Spannung c, die an einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 16 und
der Anode der Diode 18 gebildet wird. Außerdem wird
die Quellenspannung + Vcc von dem Punkt A in der Bezugsspannungsquelle 12 über einen
Punkt A2 an den Widerstand 16 gelegt, und die Kathode der
Diode 18 ist an den Verbindungspunkt zwischen dem Schalter 22, an
den eine Batteriespannung angelegt ist, und den Scheinwerfer 21 angeschlossen.
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Wenn
man nun annimmt, daß der
Schalter 22 ausgeschaltet ist, so ist die Diode 18 in
Durchlaßrichtung
gespannt, und die aus der Quellenspannung + Vcc resultierende Spannung
c, die über
den Widerstand 16 abgefallen ist, gelangt an den Vergleicher 20,
wodurch die Beziehung a > c
entsteht. Folglich nimmt der Ausgang des Vergleichers 20 den
Zustand "L" an, und der astabile
Multivibrator 1 wird im Ruhezustand gehalten. Wenn der
Schalter 22 eingeschaltet wird, so daß der Scheinwerfer 21 aufleuchtet,
ist die Diode 18 in Sperrichtung gespannt, und die Spannung
c nimmt etwa den Wert der Quellenspannung + Vcc an, was zu der Beziehung
a < c führt. Demzufolge
nimmt der Ausgang des Vergleichers 20 den Zustand "H" an, und der astabile Multivibrator 1 wird
in Betrieb gesetzt.
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Damit
wird das Lämpchen 20 automatisch gleichzeitig
mit dem Schließen
des Schalters 22 zum Einschalten des Scheinwerfers 22 eingeschaltet.
Es ist also möglich,
das Einschalten der Armaturenbrettbeleuchtung automatisch vorzunehmen,
ohne daß ein
getrenntes Einschalten und Ausschalten des Armaturenbrett-Beleuchtungslämpchens
erforderlich wäre.
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Wie
oben beschrieben wurde, schafft die vorliegende Erfindung eine Helligkeitssteuerung
für Lampen,
deren Teilezahl, Kosten und Baugröße spürbar herabgesetzt sind.
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Die
Helligkeitssteuerung für
Lampen arbeitet zuverlässig
und sicher.
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Außerdem schafft
die Erfindung eine Helligkeitssteuerung für Lampen, die keine Schalteinrichtung
zum Ein- und Ausschalten der Armaturenbrettbeleuchtung oder dergleichen
erfordert. Die Beleuchtung für
das Armaturenbrett läßt sich
also ohne besondere Bedienung ein- und ausschalten.