DE1089805B - Bistabile oder multistabile Kippschaltung mit steuerbaren Schaltelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Steuerungstechnik werden verschiedene Kippschaltungen, z. B. in Form von bistabilen Kippschaltungen (Gedächtnisschaltungen) oder multistabilen Kippschaltungen (Zählschaltungen, Schieberegister od. dgl.) verwendet. Solche Kippschaltungen weisen steuerbare Schaltelemente, beispielsweise Halbleiterelemente, auf, und es sind ihnen Mittel zur Erzwingung einer eindeutigen Anfangskipplage beim Einschalten zugeordnet.

Eine solche eindeutige Anfangslage der Kippschaltungen ist notwendig, da sonst z. B. durch ein falsches Anfangssignal ohne vorheriges Startsignal das jeweilige Steuerprogramm anlaufen oder aber ein falscher Programmschritt ausgelöst werden kann.

An Hand einer bekannten bistabilen Kippschaltung nach Fig. 1, die keine Mittel zur Erzwingung einer bestimmten Anfangskipplage aufweist, wird dies kurz erläutert.

Die Kippschaltung enthält zwei Transistoren 1 und 2, denen Kollektorwiderstände 3 bzw. 4 vorgeschaltet sind. Diese Anordnung ist an die Klemmen P und N einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Basis des Transistors 1 ist über einen Rückkopplungswiderstand 5 mit dem Kollektor des Transistors 2, die Basis des Transistors 2 über einen Rückkopplungswiderstand 6 mit dem Kollektor des Transistors 1 verbunden. Die zu einer solchen Kippschaltung noch gehörenden Kompensationswiderstände und Kopplungskondensatoren sind ebenso wie die Steuersignalkreise für die Transistoren der Einfachheit halber weggelassen. Die beiden Rückkopplungswiderstände 5 und 6 und die beiden Kollektorwiderstände 3 und 4 sind unter sich gleich, so daß die Kippschaltung symmetrisch ist und zwei stabile Kipplagen aufweist.

Fließt nun z. B. über den Transistor 1 ein Kollektorstrom, so fällt am Widerstand 3 fast die gesamte Gleichspannung ab. Zwischen Emitter und Kollektor ist dabei nur noch eine Restspannung von beispielsweise weniger als 0,5 Volt vorhanden. Über den Rückkopplungswiderstand 6 und die Basis des Transistors 2 kann daher kein Strom fließen, da der Transistor 2 sperrt. Die Spannung der Gleichspannungsquelle verursacht einen Stromfluß über die Widerstände 4 und 5 und die Basis des Transistors 1, so daß dieser voraussetzungsgemäß durchlässig ist. Durch ein geeignetes Steuersignal, das auf die Basis eines der beiden Transistoren gegeben wird, kann entweder der stromführende Transistor gesperrt oder der sperrende Transistor stromführend gemacht und somit die Schaltung gekippt werden. Diese symmetrische Schaltung hat jedoch keinerlei bevorzugte Kipplage, da nach Anlegen der Betriebsspannung entweder der Transistor 1 oder 2 stromführend sein kann. Der jeweilige Anfangszustand wird von den Transistoreigenschaften ab-

Bistabile oder multistabile Kippschaltung mit steuerbaren Schaltelementen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Viktor Hofmann, Erlangen,
ist als Eirunder genannt worden

hängen, z. B. vom Sperrstrom, von der Stromverstärkung u. dgl. und kann somit bei anderen Betriebsbedingungen, z. B. bei Anstieg der Umgebungstemperatur, wechseln.

Zur Erzwingung einer eindeutigen Anfangslage bei Kippstufen, die in bestimmten Steuerungsgeräten verwendet werden, sind die Rückkopplungs- und Kompensationswiderstände unsymmetrisch, d. h. verschieden groß gewählt, oder es sind kleine Magnetdrosseln im Kollektorkreis von Halbleiterelementen oder zusätzliche Kapazitäten zur Übertragung des Einschaltstoßes auf nur ein Schaltelement vorgesehen worden.

Mit diesen bekannten Maßnahmen läßt sich jedoch eine eindeutige Anfangskipplage nicht immer mit Sicherheit erzwingen bzw. können während des Betriebes ungewollte Änderungen in der Stromführung der verwendeten Schaltelemente eintreten.

Eine bestimmteAnf angskipplage bei Kippschaltungen der vorgenannten Art mit einfachen Mitteln und sicher zu erreichen, ist Aufgabe der Erfindung. Die Lösung besteht darin, daß im Rückkopplungskreis mindestens eines der steuerbaren Schaltelemente zumindest eine, gegebenenfalls zusätzliche, in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode angeordnet ist und daß Mittel zum Erzwingen eines wenigstens bis zum Erreichen des Schwellwertes der Diode verzögerten Anstieges der Speisespannung vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert.

In Fig. 2 ist voll ausgezogen eine bistabile Kippschaltung dargestellt, bei der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

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Parallel zu beiden Transistoren 1 und 2 nebst ihren Kollektorwiderständen 3 und 4 liegt ein Kondensator 8. Dem Rückkopplungswiderstand 5 ist eine in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 7 vorgeschaltet. Nach Anlegen der Kippschaltung an die Gleichspannungsquelle P, N durch Schließen des Schalters 9 wird der Kondensator 8 über den Widerstand 36 nach einer e-Funktion aufgeladen, und die Spannung an der parallel liegenden Kippschaltung steigt nur allmählich an. So lange die Spannung kleiner als der Schwellwert der Diode 7 ist, kann über den Rückkopplungswiderstand 5 und die in Reihe dazu liegende Diode 7 kein Strom fließen, so daß der Transistor 1 keinen Basisstrom erhält und daher auf jeden Fall sperrt. Dagegen erhält in dieser Zeitspanne der Transistor 2 über die Widerstände 3 und 6 einen geringen Basisstrom, der den Transistor 2 zunehmend stromdurchlässig macht. Bei stromdurchlässigem Transistor 2 fällt am Kollektorwiderstand 4 praktisch die gesamte Kondensatorspannung ab, so daß auch bei weiterem Anstieg der die Kippschaltung speisenden Betriebsspannung der Basis des Transistors 1 kein Strom im öffnenden Sinne zugeführt wird und dieser daher sperrend bleibt. Auf diese einfache Weise ist demnach eine sichere Anfangskipplage der Kippschaltung erreicht, die unabhängig von den Betriebswerten der Schaltung bestehenbleibt.

Bei einer gestrichelt dargestellten Erweiterung der Kippschaltung durch Hinzufügen eines Transistors 30 und weiterer Kopplungswiderstände 32 bis 35 ergibt sich ein entsprechendes Verhalten der Kippschaltung, die jetzt drei stabile Kipplagen hat. In diesem Fall würden nach Anschalten der Kippschaltung an die Spannung die Transistoren 2 und 30 über die Kopplungswiderstände 6 und 32 stromführend werden, während der Zeit, in der der Spannungsanstieg kleiner als der Schwellwert der Diode 7 ist, so daß auch hier der Transistor 1 sicher sperrt. Eine Änderung der Kipplage erfolgt in bekannter Weise über nicht dargestellte Steuersignalkreise.

Bei wechselstromnetzgespeisten Kippschaltungen mit zwischengeschaltetem Gleichrichter kann der Glättungskondensator zur Verzögerung des Spannungsanstieges mitbenutzt werden, wobei gefordert ist, daß der Schalter 9 in dargestellter Weise zwischen dem Ausgang des nicht dargestellten Gleichrichters und dem Glättungskondensator oder im Primärkreis eines eventuell verwendeten Netztrafos liegt.

In Fig. 3 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in vereinfachter Form gezeigt, bei dem die Rückkopplung der beiden Transistoren 1 und 2 durch Dioden erfolgt. Die Basen beider Transistoren sind hierbei über Dioden 10 bzw. 11 und Basiswiderstände 14 bzw. 15 an den Pol A⁷ anschaltbar. Die Rückkopplung beider Transistoren erfolgt durch die den genannten Dioden entgegengerichteten Dioden 12 bzw. 13. Die zur Erzwingung der eindeutigen Anfangskipplage dienende Diode 7 ist in Reihe mit der Diode 10 geschaltet. Die genannten Dioden sind so bemessen, daß die Schwellwerte der Dioden 10 und 11 größer als die der Dioden 12 bzw. 13, insbesondere doppelt so groß wie diese sind und daß die Schwell werte der beiden Dioden 7 und 10 zusammen größer als die der Diode 11 sind und vorzugsweise etwa das Dreifache der Dioden 12 und 13 betragen. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist ansonsten die gleiche wie die der Einrichtung nach Fig. 2.

Die Erfindung kann bei bistabilen oder multistabilen Kippschaltungen jeglicher Art, insbesondere auch bei sogenannten Schieberegisterschaltungen, Zählschaltungen und Verzögerungsschaltungen mit Vorteil verwendet werden.

Claims (3)

PaTENTANSPKÜGHE:

1. Bistabile oder mültistabile Kippschaltung mit steuerbaren Schaltelementen, insbesondere steuerbaren Halbleiterelementen, der Mittel zur Erzwingung einer eindeutigen Anfangskipplage beim Einschalten zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungskreis mindestens eines der steuerbaren Schaltelemente zumindest eine, gegebenenfalls zusätzliche, in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode angeordnet ist und daß Mittel zum Erzwingen eines wenigstens bis zum Erreichen des Schwell wertes der Diode verzögerten Anstieges der Speisespannung vorgesehen sind.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr zum Verzögern des Spannungsanstieges ein Parallelkondensator zugeordnet ist.

3. Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, die an ein Wechselstromnetz über Gleichrichter mit Glättungskondensator schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung des Spannungsanstieges durch den Glättungskondensator der Schalter für die Kippschaltung vor dem Glättungskondensator angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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