CH367205A - Zeitglied - Google Patents

Description

  Zeitglied    Die Erfindung betrifft ein Zeitglied mit elektro  nischen Schaltmitteln, das auf sehr grosse Zeiten aus  gelegt werden kann. In den teil- und vollelektronischen  Vermittlungseinrichtungen der     Fernmelde-    und Fern  sprechanlagen werden sehr häufig zentrale     Zeittakt-          geber    benötigt, die sehr grosse Periodendauer auf  weisen oder Schaltmittel, die erst nach einer be  stimmten sehr grossen Zeitdauer ansprechen. Die er  forderlichen Verzögerungszeiten können in der Grössen  ordnung von einer Minute sein. Es wird in diesem  Zusammenhang nur auf ein Kriterium für Teilneh  merabwurf oder an die     überbrückung    der     Anheizzeit     bei Verstärkern hingewiesen.  



  Zeiten in dieser Grössenordnung lassen sich durch  die üblichen     Relais-Verzögerungsschaltungen    nicht  mehr wirtschaftlich realisieren. Sehr genau können  diese Zeiten mit mechanischen Uhren erzeugt wer  den. Derartige     Zeitmess-    und     Zeitgebeeinrichtungen     erfordern jedoch eine umfangreiche Wartung und sind  daher für den Einsatz in teil- oder vollelektronische  Anlagen nicht geeignet. Für die vorher erwähnten  Gebiete sind elektronische Zeitglieder zu bevorzugen,  da sie ausserdem noch günstigere     Ansteuermöglich-          keiten    bieten.

   Schaltet man die     RC-Glieder    mit den  üblichen Transistorschaltungen zusammen, dann las  sen sich Zeiten von einigen Zehntelsekunden mit  handlichen Kondensatoren (unter<B><I>5</I></B><I> u</I> F) erreichen.  Längere Zeiten werden bei den bekannten Anord  nungen durch entsprechende     Frequenzteilung    aus  diesen verhältnismässig kurzen Grundzeiten gewonnen.  



  Dazu sind multistabile Schaltungen sehr hoher  Stufenzahl, wie z. B. Zählketten oder     Magnetflusszäh-          ]er,    die von einem die Grundzeit erzeugenden     Multi-          vibrato#r    angetrieben werden, erforderlich. Dies bedingt  einen ausserordentlich hohen Aufwand für die Zeit  glieder.    Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein verhältnis  mässig einfaches Zeitglied mit sehr langer Verzö  gerungszeit zu schaffen. Dabei soll ebenfalls ein Takt  generator verwendet werden, der aber durch     die     multistabile Speichereigenschaft einer Reihenschal  tung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügel  strömen in einer     Frequenzteilerschaltung    mehrfach  ausgenützt wird.

   Die Erfindung erreicht dies dadurch,       dass    eine Reihenschaltung von Tunneldioden mit ver  schiedenen     Hügeiströmen    in den Ausgang einer mono  stabilen     Kippschaltung    eingefügt ist,     dass    beim     über-          gang    der     Kippschaltung    vom     getriggerten    Zustand  in den Ausgangszustand durch den Stromanstieg über  den Hügelstrom einer Tunneldiode ein Spannungs  stoss erzeugt wird, durch den die     Kippschaftung    er  neut     getriggert    wird, und     dass    bei n in Reihe ge  schalteten Tunneldioden nach (n<B><I>+</I> 1)

  </B> Perioden die       Kippschaltung    im Ausgangszustand verbleibt und  diesen Zustand anzeigt.  



  Der Erfindungsgegenstand wird nun an Hand von  Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:       Fig.   <B>1</B> die typische Kennlinie einer Tunneldiode,       Fig.    2,<B>3</B> und 4 Ausführungsbeispiele von Zeit  gliedern für sehr lange Zeiten, die stets eine andere  Art von     Kappschaltung    verwenden.  



  In     Fig.   <B>1</B> ist die Kennlinie einer Tunneldiode in       Durchlassrichtung    dargestellt. Bei sehr kleinen Span  nungen steigt der Strom durch die Tunneldiode sehr  stark an und erreicht bei einer Spannung<B>UH</B> einen  Maximalwert, den Hügelstrom IH. Mit steigender  Spannung nimmt der Strom wieder ab, erreicht bei  der Spannung     UT    einen Tiefstwert, den Talstrom     IT,     und steigt dann kontinuierlich weiter an. Der Hügel  strom IH einer Tunneldiode ist durch verschiedenen  Aufbau weitgehend     variierbar.    Es lassen sich Werte  von einigen     Milliampere    bis zu einigen Ampere er  reichen.

   Dieser Stromwert der Tunneldiode ist prak-           tisch    temperaturunabhängig. Bei einer bestimmten       Stromeinprägung        IE,    in     Fig.   <B>1</B> durch eine gestrichelte  Linie angegeben, kann     die    Tunneldiode zwei stabile  Arbeitspunkte<B>A</B> und B annehmen. Dies gilt nur,  wenn der eingeprägte Strom     IE    grösser ist als der  Talstrom     IT    und kleiner als der Hügelstrom IH.  Wird der Strom durch die Tunneldiode z. B. vom  Punkt<B>A</B> ausgehend kurzzeitig über den Wert des  Hügelstromes IH erhöht, dann ändert sich der Span  nungsabfall an der Tunneldiode sprungartig auf einen  Wert, der durch die Grösse des Stromes gegeben ist.

    Dieser Spannungsabfall ist aber stets grösser als die  Spannung<B>UB.</B> Fällt der Strom wieder ab, dann kann  höchstens der Strom     IE    fliessen, so     dass    sich der  Arbeitspunkt B mit der Spannung<B>UB</B> einstellt. Dieser  Potentialsprung beim überschreiten des Hügelstro  mes ist<B>je</B> nach dem Material der Tunneldiode 0,4 V  bis<B>1,0</B> V.  



  Schaltet man mehrere Tunneldioden mit verschie  denen Hügelströmen in Reihe, dann erhält man ein  multistabiles Speicherelement. Diese Reihenschaltung  aus z. B. n Tunneldioden kann (n<B><I>+</I> 1)</B> Zustände  annehmen, ausgehend vom Zustand,     dass    alle Tunnel  dioden sich im Arbeitspunkt<B>A</B> befinden bis zu dem  Zustand,     dass    alle Tunneldioden in den Arbeitspunkt  B übergegangen sind. Dies wird durch unterschied  lichen     Stromfluss    durch die Reihenschaltung bewirkt.  



  In     Fig.    2 ist nun ein Ausführungsbeispiel eines  Zeitgliedes nach der Erfindung gezeigt. Der Grund  gedanke ist folgender:  Ein     Ansteuerimpuls    wird auf eine monosta  bile Schaltung gegeben, die daraufhin umsteuert und  nach einer vorgegebenen Zeit wieder in die Ausgangs  lage zurückkehrt. Bei dieser Rückstellung wird nun  der Strom durch die Reihenschaltung der Tunnel  diode erhöht. Wird der Wert eines Hügelstromes er  reicht, dann tritt an der betreffenden Tunneldiode ein  Spannungssprung auf, der über einen Rückkopplungs  weg auf den Steuereingang der     Kippschaltung    gelangt.

    Dadurch wird die     Kippschaltuno,    erneut und auto  matisch umgesteuert, und der Strom durch die     Tun-          neldiodenkette    wird wieder reduziert. Kehrt nach  der vorgegebenen Zeit, die durch ein     RC-Glied    der       Kippschaltung    bestimmt ist, die     Kippschaltung    wieder  in die Ausgangslage zurück, dann wiederholt sich der  Vorgang der erneuten Aussteuerung so lange, bis alle  Tunneldioden ihren Arbeitspunkt B eingenommen  haben.

   Durch die Einfügung einer derartigen multi  stabilen Speicherkette aus n Tunneldioden wird eine  o Zeitverzögerung erreicht, die (n     +        1)mal    so gross ist  wie die durch das     RC-Glied    der     Kippschaltung    vor  gegebene Grundzeit. Wird in denselben Strompfad,  in dem die Tunneldioden angeordnet sind, ein     Indii-          kator,    z. B. ein Relais, angeordnet, das auf die     kurz-          ;5    zeitigen     Umsteuervorgänge    nicht reagiert, dann wird  erst ein Ausgangssignal erhalten, wenn der Strom in  der Reihenschaltung seinen     Endwert    erreichen kann.

    Dies ist dann der Fall, wenn alle Tunneldioden sich  im Arbeitspunkt B befinden und die     Kippschaltung          io    nicht mehr automatisch umgesteuert wird. In dieser    Endstellung     muss    dann die Ansteuerung wieder über  den Eingang der     Kippschaltung    von aussen durchge  führt werden. In     Fig.    2 ist eine aus den Transistoren       Tr1    und     Tr2    aufgebaute     Kippschaltung    dargestellt,  deren Umschlagzeit durch den Kondensator<B>C</B> und  den Widerstand R bestimmt ist.

   Im Ausgangszustand  ist der Transistor     Tr2    voll leitend, so     dass    das     Rellais          Rel    angesprochen hat. Der negative     Ansteuerimpuls     am Eingang<B>E</B> kippt die Schaltung um, der Transistor       Trl    wird leitend und der Transistor     Tr2    nichtleitend.

    Alle Tunneldioden     TD1   <B>...</B>     TDn    werden stromlos und  der aufgeladene Kondensator<B>C</B> entlädt sich über die  Widerstände R und     Rl.    Nach der Entladung wird  der Kondensator kurzzeitig mit umgekehrter Polarität  aufgeladen, dabei wird aber der Transistor     Tr2     wieder leitend und über die Widerstände R2 und R3  der Transistor     Trl    gesperrt. Im Ausgangskreis des  Transistors     Tr2    beginnt der Strom anzusteigen. über  steigt der Strom den Wert des niedrigsten Hügelstro  mes, z.

   B. den der Tunneldiode     TD1,    dann tritt an  der Reihenschaltung der Tunneldioden ein Spannungs  sprung auf, der über den Koppelkondensator     Ck    den  Transistor     Trl    öffnet. In der Zwischenzeit wurde der  Kondensator<B><I>C,</I></B> der sich nur kurzzeitig auf die ent  gegengesetzte Polarität aufgeladen hatte, wieder auf  die Polarität, die durch den Ausgangszustand gege  ben ist, voll aufgeladen. Daher kann eine erneute  Umsteuerung der     Kippschaltung    erfolgen. Der     Ent-          ladevorgang    des Kondensators wird wieder einge  leitet. Der Strom im Ausgangskreis des Transistors       Tr2    wird jedoch nicht voll abgeschaltet.

   Es fliesst  immer noch ein Grundstrom     IE,    der grösser ist als der  grösste Talstrom, aber kleiner als der kleinste Hügel  strom der verschiedenen Tunneldioden. Damit ist  sichergestellt,     dass    die in den Arbeitspunkt B gekipp  ten Tunneldioden in diesem Arbeitsbereich verbleiben.  Nach jeder Entladung erfolgt     die    Zurückstellung der       Kippschaltung    und die Wiedereinleitung der Umsteue  rung durch den Spannungssprung an der     Tunnel-          diodenkette.    Dieser Vorgang wiederholt sich so lange,  bis auch die Tunneldiode mit dem höchsten Hügel  strom umgekippt ist.

   Bei der Zurückstellung der       Kippschaltung    steigt der Strom im Ausgangskreis  des Transistors     Tr2    auf seinen Endwert an und der  Indikator, z. B. das Relais     Rel,    spricht an. In diesem  Endzustand, das heisst auch gleichzeitig Ausgangs  zustand, verbleibt die Schaltungsanordnung so lange,  bis über den Eingang<B>E</B> eine erneute Ansteuerung  erfolgt.  



  In     Fig.   <B>3</B> ist ein weiteres Ausführungsbeispiel an  gegeben, bei dem die Zurückstellung der     Kippschal-          tung    nach der Entladung des Kondensators<B>C</B> über  einen besonders ausgebildeten Rückkopplungskreis  erfolgt. Diese Anordnung hat den Vorteil,     dass    der       Entladewiderstand    R sehr     hochohmig    gewählt werden  kann, da die Energie für die Zurückstellung der       Kippschaltung    aus einem anderen Kreis entnommen  wird.

   Die Ausgangsstellung ist dadurch gegeben,     dass     der Transistor     Tr2    leitend und der Transistor     Trl     nichtleitend ist. In diesem Zustand besitzt der dem      Kollektor von Transistor     Tr2        zuaewandte        Bela-    des  Kondensators<B>C</B> praktisch Nullpotential und der an  dere Belag praktisch das negative Potential<B>-U.</B> Ein  auf den Eingang<B>E</B> gegebener positiver     Ansteuerim-          puls    versetzt den Transistor     Tr2    in den nichtleiten  den Zustand.<B>Alle</B> Tunneldioden     TD1   <B>...</B>     TDn    wer  den 

  zurückgestellt. Der Kondensator<B>C</B> beginnt sich  zu entladen über die Widerstände R4 und R. Da  <I>R<B>></B></I> R4 ist, ist die     Entladezeit    praktisch durch den  Widerstand R gegeben. Während dieser Zeit kann  über die Rückkopplungswicklung     Wl        keinStrorn    flie  ssen, da die Diode<B>D</B> durch die am Kondensator lie  gende Spannung gesperrt wird. Erst wenn der Kon  densator<B>C</B> vollständig entladen ist und sich danach  mit umgekehrter Polarität aufzuladen beginnt, dann  wird auch die Diode<B>D</B> leitend und der Rückkopp  lungsvorgang wird eingeleitet.

   Die     Kippschaltung     <B><I>C</I></B>     ZD     wird in ihre Ausgangslage     zurückgebrach-c.    Dabei wird  der Transistor     Trl    wieder gesperrt und der Transistor       Tr2    leitend.

   Damit wird die     Aufladung    des     Konden-          sators    beschleunigt und gleichzeitig die     Tunneldioden-          kette    mit Strom     versorgL    Der Stromanstieg in diesem  Kreis ist durch eine zusätzliche     Induktivität    verzö  gert, so     dass    der Kondensator<B>C</B> Zeit genug hat, sich  wieder voll aufzuladen. übersteigt nun der Strom  den Wert eines Hügelstromes, dann tritt der schon  erwähnte Spannungsstoss auf, der über den Konden  sator     Ck    und den Transistor     Trl    die Umsteuerung  der     Kippschaltung    einleitet.

   Die Entladung des     Kon-          densators    beginnt und der Transistor     Tr2    wird nur  so     hochohmig,        dass    im Reihenkreis mindestens noch  der erwähnte     Grundstrorn        IE    fliesst. Die     Zurückstel-          Jung    der     Kippschaltung    nach der Entladung erfolgt  wieder in derselben beschriebenen Art. Dieser Vor  gang wiederholt sich so lange, bis alle Tunneldioden  in     den    dem Arbeitspunkt B entsprechenden Bereich  gebracht sind.

   Eine Indikation kann dann erfolgen,  wenn die zusätzliche     Induktivität    L als Relaiswick  lung ausgebildet wird und dieses Relais auf die kurz  zeitigen     Umsteuerungsströme    nicht anspricht. Erst  wenn dieser Endzustand erreicht ist, steigt der Strom  im Ausgangskreis auf seinen Endwert an und bleibt  so lange erhalten, bis durch eine erneute Ansteuerung  über den Eingang<B>E</B> wiederum dieselbe Verzögerung  dieses     Ansteuerimpulses    durchgeführt wird.  



  In     Fig.    4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei  dem der     Ansteuerimpuls    die gesamte Verzögerungs  zeit ansteht und bei dem ein Ausgangssignal erst nach  der     Verzögerungszeit,    die auf ähnliche Weise wie bei  den Beispielen nach     Fig.    2 und<B>3</B> gewonnen wird,  auftritt. Das Ausgangssignal bleibt dann auch nur so  lange stehen, wie das     Ansteuersignal    anliegt.

   Dieses  Verhalten der Schaltung wird dadurch erreicht,     dass     in der Ausgangsstellung der zusätzliche, nur einseitig  wirkende Rückkopplungsweg unterbrochen ist und  die Auswirkungen der regulären statischen Kopplun  gen der Transistoren     Trl    und     Tr2    unterbunden ist.  Dementsprechend ist der     Emitter    des Transistors     Trl     über eine Diode<B>D5</B> und einen Widerstand     Rl    an  den negativen Pol der Spannungsquelle<B>-U</B> ange-    schlossen. Der Steuereingang<B>E</B> befindet sich dabei  an der Verbindungsstelle zwischen Diode und Wider  stand.

   Die Widerstände     Rl    und R5 sind so bemessen,       dass    das     Emitterpotential    von     Trl    negativer ist als das  Basispotential. Dadurch ist die Diode<B>D3</B> gesperrt  und die zusätzliche statische Rückkopplung in diesem  Weg unterbrochen. Die Transistoren sind in diesem  Zustand nichtleitend. Beim Transistor     Tr2    bedeutet  dies eine entsprechende     Stromeinprägung        IE,    wie  schon erwähnt wurde.

   Gelangt ein positives Steuer  potential an den Eingang<B>E,</B> dann wird die Diode<B>D5</B>  gesperrt und durch die damit verbundene Potential  verlagerung am     Emitter    von     Trl    wird dieser leitend.  Die Diode<B>D3</B> bleibt nach wie vor gesperrt. Es folgt  nun der     Entladevorgang    des Kondensators<B>C.</B> Ist die  ser vollständig entladen, dann erfolgt der schon er  wähnte     Kippvorgang,    der die     Kippschaltung    wieder  zurückstellt und durch den Spannungsstoss der Tun  neldioden die erneute Umsteuerung. Ist der Endzu  stand erreicht, dann ist der Transistor     Tr2    leitend,  der Transistor     Trl    nichtleitend.

   Dabei ist die Diode  <B>D5</B> stromführend, so     dass    dieser Zustand so lange  erhalten bleibt, bis die Steuerspannung am Eingang  <B>E</B> weggenommen wird. Erst dann wird die Ausgangs  stellung, Transistor     Trl    nichtleitend und Transistor       Tr2    mit eingeprägtem Grundstrom     IE,    erreicht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCI-1 Zeitglied, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rei henschaltung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen in den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung eingefügt ist, dass beim übergang der Kippschaltung vom getriggerten Zustand in den Aus gangszustand durch den Stromanstieg über den Hü gelstrom einer Tunneldiode ein Spannungsstoss er zeugt wird, durch den die Kippschaltung erneut ge- triggert wird,

   und dass bei n in Reihe geschalteten Tunneldioden (TD <B><I>1</I> ...</B> TDn) nach (n<B><I>+</I> 1)</B> Perioden die Kippschaltung im Ausgangszustand verbleibt und diesen Zustand anzeigt. UNTERANSPRüCHE <B>1,</B> Zeitglied nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der an der Reihenschaltung der Tunneldioden auftretende Spannungsstoss über einen Koppelkondensator (Ck) direkt zum Triggereingang <B>(E)</B> der monostabilen Kippschaltung gelangt. 2.

   Zeitglied nach Patentanspruch und Unteran spruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnel dioden in den Ausgangskreis der Kippschaltung ein gesetzt sind, der im Ausgangszustand stromführend ist. <B>3.</B> Zeitglied nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der über den einen Zweig (Tr2) der Kippschaltung aufgeladene zeitbestimmende Kon densator (C) nach der Ansteuerung der Kippschaltung durch einen Steuerimpuls über einen zeitbestimmen den Widerstand (R) entladen wird, dass nach der Entladung des Kondensators eine im Rückkopplungs- kreis<I>(W1, W2)

   </I> der Kippschaltung liegende Torschal tung<B>(D)</B> geöffnet wird und dadurch die Kippschal- tung wieder zurückgestellt wird, dass nach der Rück stellung der Kippschaltung der Kondensator<B>(C)</B> wieder geladenwirdundgleichzeitig dieReihenschaltung der Tunneldioden (TD <B><I>1</I> ...</B> TDn) mit verschiedenen Hügel strömen gespeist wird, dass beim Stromanstie'g über den Wert eines Hügelstromes ein Spannungsstoss auf tritt,

   der die Kiippschaltung erneut umsteuert und da mit die Entladung des Kondensators wieder einleitet, dass bei n in Reihe geschalteten Tunneldioden der Kondensator<B>(C)</B> nmal wiedergeladen wird und dass nach der letzten Entladung des Kondensators die Kippschaltung in ihre Ausgangslage zurückkehrt und dabei ein Ausgangssignal abgibt. 4. Zeitglied nach Unteranspruch<B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die Rückkopplung über einen übertrager (W1, W2) durchgeführt wird.

   <B>5.</B> Zeitglied nach Unteranspruch<B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass der Stromanstieg im Ausgangs kreis (Tr2) der Kippschaltung mit den Tunneldioden durch eine Induktivität verzögert wird. <B>6.</B> Zeitglied nach den Unteransprüchen<B>3</B> bis<B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der zeitbestimmende Widerstand (R) hochohmig gewählt ist.

   <B>7.</B> Zeitglied nach den Unteransprüchen<B>3</B> und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitbestimmende Kondensator (C) so in den Rückkopplungskreis mit einbezogen ist, dass der nach der Umsteuerung fhe- ssende Ladestrom die Rückkopplung unterstützt.