Sperrschaltungsanordnung, insbesondere für Femmeldeanlagen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sperrschaltungsanordnung, insbesondere für Fernmel- deanlagen, welche eine Vielzahl bistabiler Einrichtungen aufweist, die derart zusammengeschaltet sind, dass nur jeweils eine einer Anzahl bistabiler Einrichtungen von ihrem ersten in ihren zweiten Zustand umschaltbar ist, wenn die bistabilen Einrichtungen gleichzeitig an eine Spannungsquelle gelegt werden.
Die vorliegende Anordnung lässt sich mit Vorteil als Prüfschaltkreis in Identifikationsstromkreisen von Feinmeldeanlagen verwenden.
Solche Sperrschaltungsanordnungen sind bereits bekannt, und ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sperrschaltungsanordnung zu schaffen, die imstande ist, aufeinanderfolgend Sperrvorgänge unter mindestens 500 bistabilen Einrichtungen auszuführen.
Die Sperrschaltungsanordnung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch Oszillatorbauteile in jeder der bistabilen Einrichtungen, welche Oszillatorbauteile zwecks Umschaltung des Zustandes wirksam sind, wenn die bistabile Einrichtung an die Spannungsquelle angeschlossen ist, und durch Mittel, um das Wirksamwerden der Oszillatorbauteile aller anderen bistabilen Einrichtungen, welche gleichzeitig an die Spannungsquelle angeschlossen sind zu sperren, wenn irgend eine bistabile Einrichtung der Sperrschaltungsanordnung in ihren zweiten Zustand umgeschaltet ist.
Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung besser ersichtlich. In letzterer zeigt die
Fig. 1 eine bistabile Einrichtung, welche einen Teil der Sperrschaltungsanordnung bildet;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sperr schaltüngsanordnung;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sperrschaltungsanordnung.
Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, dass die bistabile Einrichtung 1 zwei Klemmen 2 und 3 aufweist, zwischen denen der Kondensator 4, der Widerstand 5 und die Diode 6 in Reihe geschaltet liegen. Der Kondensator 4 ist durch eine Reihenschaltung überbrückt, die aus einem Halbleiterbauelement 7 mit einem Bereich negativen differentiellen Widerstandes und den Widerständen 8 und 9 besteht. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 8 und 9 ist mit der Basis 10 des PNP Transistors 11 verbunden. Der Emitter 12 des Transistors 11 liegt über den Widerstand 13 an der Klemme 2, während sein Kollektor 14 einerseits über den Widerstand 15 mit der Klemme 3, anderseits unmittelbar mit der Basis 16 des NPN Transistors 17 verbunden ist.
Der Kollektor 18 des Transistors 17 ist an die Basis 10 des Transistors 11 angeschlossen, während der Emitter 19 des Transistors 17 über die Zenerdiode 20 an der Klemme 3 liegt. Der Emitter 12 des Transistors 11 ist mit der Basis 21 des PNP Transistors 22 verbunden, dessen Emitter 23 an der Klemme 2 liegt und dessen Kollektor an den negativen Pol einer Gleichstromquelle über die rechte Wicklung 25 des Zungenrelais 26 und den Widerstand 27 angeschlossen ist. Die Wicklung 25 ist- über den Widerstand 28 geshuntet. Die linke Wicklung 29 von Relais 26 hat eine geringe Impedanz und liegt in Reihe mit dem Arbeitskontakt 30 des Zungenrelais 26 zwischen den Klemmen 2 und 3.
Die zwischen den Klemmen 2 und 3 angeschlossene bistabile Einrichtung 1 (Fig. 1) besitzt einen Kondensatorlade- und Entladekreis. Der Ladekreis des Kondensators 4 besteht aus dem Widerstand 5 und der Diode 6, welche beide in Reihe mit dem Kondensator 4 an den Klemmen 2 und 3 liegen, während der Entladekreis des Kondensators 4 durch eine geschlossene Schleife gebildet wird, welche das Halbleiterelement 7, den Wider stand 8 und den Widerstand 9 aufweist, zu welchem
Widerstand 9 die Reihenschaltung der Basis-Emitter strecken der Transistoren 11 und 22 einen Nebenschluss bildet. Dabei bildet der Verbindungspunkt A der Wider stände 8 und 9 den Ausgang des Kippgeneratorkrei ses.
Das Element 7 hat im nichtgezündeten Betriebszu stand eine relativ hohe Impedanz, die sich erniedrigt, wenn eine Spannung von z. B. angenähert -30V an seinen Steuerklemmen liegt. Dieses Halbleiterbauele ment weist einen Bereich negativen Widerstandes auf und ist beispielsweise eine Tunneldiode. Die Sperrwir kung der Zenerdiode 20 bricht zusammen, wenn eine Clegenspannung von 8 bis 9 V über ihren Klemmen liegt.
Die Fig. 2 zeigt eine Vielzahl bistabiler Einrichtun gen sie bilden den Hauptteil der Sperrschaltungsan- ordnung. Dabei ist die Klemme 2 jeder bistabilen
Einrichtung mit dem geerdeten positiven Pol einer
Gleichstromquelle DC von z. B. 48 V über einen Ar beitskontakt 31 verbunden. Die Klemmen 3 aller dieser bistabilen Einrichtungen sind mit einem gemeinsamen
Punkt 32 verbunden. Dieser ist mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle DC über den Widerstand 33 verbunden, welcher als Innenwiderstand dieser Quelle betrachtet werden kann.
In der Fig. 3 bildet eine Vielzahl der oben genannten bistabilen Einrichtungen 1 eine Sperrschaltungsanord nung, in welcher die Klemme 2 jeder bistabilen Einrich tung am positiven Pol einer Gleichstromquelle von z. B.
48 V liegt und die Klemme 3 aller dieser Einrichtungen in einem Verbindungspunkt 32 zusammengefasst sind, der über den Arbeitskontakt 31 und den Widerstand 33 mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden ist. Der Widerstand 33 kann als Innenwiderstand der
Stromquelle betrachtet werden. Aus obigem folgt, dass eine Vielzahl bistabiler Einrichtungen 1 beim Schliessen des gemeinsamen Kontaktes 31 praktisch parallel zur
Gleichstromquelle DC liegen.
Wenn eine einzelne bistabile Einrichtung mit ihren
Klemmen über den Widerstand 33 an die Gleichstrom quelle DC angeschlossen ist, tritt folgendes ein:
Der Kondensator 4 wird über den folgenden Strom kreis aufgeladen: Erde, Klemme 2, Kondensator 4,
Widerstand 5, Diode 6, Klemme 3, Widerstand 33 und negativer Pol der Spannungsquelle DC. Dabei nimmt das Potential des Verbindungspunktes 34 des Kondensa tors 4 und des Widerstandes 5 vom Erdpotential bis zur
Minuspolspannung von z. B. -30V exponenziell ab.
Während des Spannungsabfalls von Erde auf V, weist das Element 7 eine hohe Impedanz auf und verhindert, dass ein Strom von Erde über die Widerstän de 9 und 8 zum negativen Pol fliesst. In dem Augenblick jedoch, in welchem das Potential des Verbindungspunk tes 34 unter die negative Umschaltspannung des Ele mentes 7 gesunken ist, d. h. wenn dieses Element einer umgekehrten Potentialdifferenz unterworfen wird, die am Punkt 34 z. B. V überschreitet, schaltet es in seinen Zustand niedriger Impedanz. Damit entlädt sich der Kondensator 4 über den Widerstand 8 sowie über die Transistoren 11 und 22. Ein Teil des Entladestroms fliesst in den Widerständen 9 und 13, welche für die oben erwähnten Basis-Emitter-Verbindung einen Nebenschluss bilden, der einen unnötig hohen Stromfluss durch diese Verbindungen vermeidet.
Nach einer bestimmten Zeitspanne, welche von der Zeitkonstante der Entladeschaltung abhängig ist, fällt der Entladestrom unter das Minimum des Haltestromes des Elementes 7.
Dieses fällt dann in den Zustand hoher Impedanz zurück, wodurch der Entladestrom unterbrochen wird.
Bevor dies geschieht, steuert der Entladestrom die Transistoren 11 und 22 in den leitenden Betriebszustand, so dass dann ein Strom von Erde an der Klemme 2 über die Emitterbasisverbindung des Transistors 22 den Emitter und Kollektor des Transistors 11, den Widerstand 15, die Klemmen 3 und 32 und den Widerstand 33 zum negativen Pol fliessen kann. Wenn der Spannungsabfall, welcher durch diesen Strom im Widerstand 15 erzeugt wird, die Summe der Spannungsabfälle über die Basisemitterverbindung des Transistors 17 und die Zenerdiode 20 überschreitet, wird der Transistor 17 leitend. Der Kollektorstrom des Transistors 17 über der Widerstand 9 steuert dann das Potential der Basis 10 des Transistors 11 so, dass dieser leitend bleibt, trotzdem der Entladestrom des Kondensators 4 zu fliessen aufgehört hat.
Dies ist nicht der Fall, wenn der Spannungsabfall über dem Widerstand 15 nicht grösser ist als die Summe der Spannungsabfälle über der Zenerdiode 20 und der Basisemitterverbindung des Transistors 17. In einem solchen Fall kann Strom weder in der Basisemitterverbindung des Transistors 17 noch über dessen Kollektor 18 fliessen, so dass die Transistoren 11 und 22 nur durch den Entladestrom des Kondensators 4 gesteuert werden und damit aufhören leitend zu sein, wenn der Entladestrom unterbrochen wird. Diese kurze Zeitspanne des Leitendseins des Transistors 22 ist jedoch vollkommen ungenügend, um das Relais 26 wirkungsvoll zu erregen.
In dem Augenblick, in welchem die drei Transistoren 22 11 und 17 leitend sind, wird die an den Klemmen 2 und 3 liegende Spannung auf den Summenwert der Spannungsabfälle über den Emitterbasisverbindungen dieser Transistoren und jenem über der Zenerdiode 20 reduziert. Diese Spannung liegt beispielsweise bei 10 V. Von diesem Augenblick an wird jede andere bistabile Einrichtung, die an die Klemmen 2 und 3 angeschlossen ist, am richtigen Arbeiten gehindert, da diese Spannung nicht genügt, um das Element 7 in den Zustand geringer Impedanz zu schalten, da dieses Element dazu eine höhere Spannung, z. B. 30 V, fordert, um leitend zu werden.
Wenn der Transistor 22 leitend ist, wird das Relais 26 in folgender Schaltung betätigt: Erde, Klemme 2, Emitter 23 und Kollektor 24 des Transistors 22 Wicklung 25 des Relais 26, wobei diese Wicklung durch den Widerstand 28 nebengeschlossen und den Widerstand 27 mit Batterie verbunden ist. Beim Schliessen des Kontaktes 30 wird die niederohmige Selbsthaltewicklung des Relais 26 an die Klemme 2 und 3 geschaltet, so dass der Strom, welcher über die bistabile Einrichtung fliesst, durch diesen niederohmigen Nebenschluss nahezu auf null abfällt und die bistabile Einrichtung in ihren ersten Betriebszustand zurückschaltet. Das Relais 26 ist durch den Nebenschluss-Widerstand 28 etwas abfallsverzögert.
Diese Massnahme verhindert, dass kurze Störungssignale an der Klemme 32, welche die bistabile Einrichtung in den unbetätigten Zustand zurückzuversetzen vermögen, den angesprochenen Zustand des Relais 26 beeinflussen können.
Das Arbeiten der Sperrschaltungsanordnung wird nun nachfolgend für den Fall beschrieben, in welchem eine Anzahl m bistabiler Einrichtungen, durch gleichzeitiges Schliessen der einzelnen Kontakte 31 oder des gemeinsamen Kontaktes (31, Fig. 3) an die Batterie angeschlossen werden. Die Kondensatoren 4 dieser m bistabilen Einrichtungen beginnen sich simultan aufzuladen. Die Ele,mente 7 dieser m Einrichtungen und die dazugehörigen Elemente 4, 5, 6 der Ladestromkreise dieser Einrichtungen sind im allgemeinen in ihren Kenndaten nicht alle gleich, so dass die Elemente 7 zu verschiedenen Augenblicken in ihren Zustand geringer Impedanz gelangen. In diesem Falle schaltet das Element 7 einer einzelnen bistabilen Einrichtung zuerst in seinen Zustand geringer Impedanz.
Diese bistabile Einrichtung wird, wie oben beschrieben, in ihren zweiten Betriebszustand umgeschaltet, d. h. das Relais 26 wird über den Selbsthaltekontakt 30 an die Klemmen 2, 3 geschaltet und verbleibt in diesem Schaltzustand, wodurch das Potential am Punkt 32 aufsteigt. Deshalb wird die weitere Ladung der Kondensatoren 4 der anderen m-l bistabilen Einrichtung verhindert. Im Falle jedoch, dass die Elemente 7 von n ( > 2) der m bistabilen Einrichtungen gleichzeitig in ihren Zustand geringer Impedanz verbracht werden, werden ihre aufgeladenen Kondensatoren 4 entladen, wie oben beschriebenn.
Dadurch werden die Transistoren 11 und 22 dieser n bistabilen Einrichtungen leitend, so dass in jeder von ihnen ein kurzer Stromimpuls über den folgenden Stromkreis fliesst: Erde, Klemme 2, Emitterbasisverbindungen der Transistoren 22 und 11, Widerstände 15 und 33, negativer Pol der Gleichstromquelle. Der gesamte Strom, der durch den Widerstand 33 fliesst, erhöht das Potential der Klemme 32 auf einen Wert, welcher die Elemente 7 der andern m-n bistabilen Einrichtungen verwirklicht wird.
Aus obigem folgt, dass die erste Ausscheidung durch die verschiedenen Ladezeiten der Ladestromkreise und die -verschiedenen Auslösespannungen der Elemente 7 unter den m bistabilen Einrichtungen verwirklicht wird.
Da die n bistabilen Einrichtungen parallel über der Spannungsquelle liegen, ist es klar, dass in jeder bistabilen Einrichtung nur der n-te Teil des Gesamtstromes fliesst und dieser beträchtlich kleiner ist als der Strom, welcher durch den Widerstand 33 fliesst, wenn nur eine einzelne bistabile Einrichtung an der Spannungsquelle liegt. Die Werte der Bauelemente sind so berechnet, dass der Spannungsabfall über den Widerstand 15, auch wenn n = 2 ist kleiner wird als die Durchschaltspannung der Zenerdiode und des Spannungsabfalls über der Basisemitterstrecke des Transistors 17. Demzufolge wird der Transistor II in jeder der n bistabilen Einrichtungen nicht leitend gemacht. Dann aber fliesst auch nur ein kurzer Stromimpuls durch das Relais 26, welcher nicht genügt, dieses Relais zu betätigen.
Da die Bauteile der Entladeschaltung und die Elemente dieser n bistabilen Einrichtungen im allgemeinen nicht vollkommen gleich sind, werden diese Elemente allgemein in ihren Zustand hoher Impedanz zurückgestellt, und zwar in verschiedenen Augenblicken. Dadurch wird das jeweils zugeordnete Paar von Transistoren 11 und 22 gesperrt.
Wenn angenommen wird, dass die Transistorenpaare 11 und 22 der obigen n bistabilen Einrichtungen nacheinander gesperrt werden, nimmt der Strom durch den Widerstand 15 jeder der bistabilen Einrichtungen, deren Transistoren 11 und 22 noch leiten, jedesmal zu, wenn die Transistoren 11 und 22 einer bistabilen Einrichtung blockiert sind. Im Augenblick, da die Transistoren 11 und 22 der (n-l)ten bistabilen Einrich tun gesperrt worden sind, wird der Spannungsabfall über den Widerstand 15 der nten bistabilen Einrichtung genügend gross, um den zugeordneten Transistor 17 leitend zu machen, so dass endlich nur diese nte bistabile Einrichtung wirksam in ihren zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird.
Alle andern bistabilen Einrichtungen werden dann infolge der niedrigen Potentialdifferenz zwischen der gemeinsamen Klemme 32 und Erde am Arbeiten gehindert.
Aus obigem ist zu entnehmen, dass auch diese zweite Ausscheidung unter den noch der ersten Ausscheidung verbliebenen n bistabilen Einrichtungen durch die verschiedenen Entladezeiten und Sperrspannungen der Entladeschaltkreise, bzw. der verschiedenen Kenndaten der Elemente 7 verwirklicht worden ist. Wenn immer die Elemente 7 von p dieser n bistabilen Einrichtungen in verschiedenen Augenblicken gesperrt sind, während die Elemente 7 der restlichen n-p bistabilen Einrichtungen gleichzeitig gesperrt sind, wird der Sperrvorgang wiederum wirksam. Es ist jedoch klar, dass die Wahrscheinlichkeit, dass p gleich 2 oder grösser ist, sehr gering ist, so dass man praktisch sicher sein kann, dass nur eine bistabile Einrichtung am Ende im betätigten Zustand ist.
Im oben erwähnten Fall, in dem Elemente 7 von n (n > 2) aus m bistabilen Einrichtungen gleichzeitig ihren niederen Impedanzwert haben, kann keine dieser n bistabilen Einrichtungen durchschalten, weil der Spannungsabfall in ihren Widerständen 15 nicht genügt, ihre Transistoren 17 leitend zu machen. Die einzige Folge eines solchen Vorganges ist diejenige, dass ein sehr kurzer Stromimpuls durch die zugeordneten Transistoren 11 und 22 sowie über das Relais 26 fliesst, welches jedoch nicht anzieht, da der Stromimpuls zu kurz ist.
In dieser Erläuterung ist jedoch dem Umstand nicht Rechnung getragen worden, dass - nachdem das Potential an der Klemme 32 auf einen Wert angestiegen ist, welcher die Elemente 7 der anderen m-n bistabilen Einrichtungen daran hindert ausgelöst zu werden - die Kondensatoren 4 der letztgenannten m-n bistabilen Einrichtungen sich zu entladen beginnen. Ohne die Diode 6 würde der Entladestrom dieser Kondensatoren 4 durch ihren zugeordneten Widerstand 5, den Widerstand 15 und die Transistoren 11 und 22 der n bistabilen Einrichtungen fliessen, wodurch momentan der Strom durch diese Widerstände 15 verstärkt würde.
Dieser zusätzliche Strom könnte die Transistoren 17 dieser n bistabilen Einrichtungen augenblicklich leitend machen und damit den leitenden Zustand der Transistoren 11 und 22 dieser n bistabilen Einrichtungen verlängern. Eine solche fehlerhafte Wirkungsweise wird durch die Diode 6 verhindert, die in jeder bistabilen Einrichtung den Entladestromfluss vom Kondensator 4 zur Klemme 3 sperrt.
Es ist gefunden worden, dass die beschriebene Sperrschaltungsanordnung imstand ist, wirksam einen Sperrvorgang unter einer grossen Anzahl bistabiler Einrichtungen, z. B. mindestens 500, auszuführen.