DE1097480B - Bistabile Kippschaltung - Google Patents

Bistabile Kippschaltung

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DE1097480B
DE1097480B DEL33233A DEL0033233A DE1097480B DE 1097480 B DE1097480 B DE 1097480B DE L33233 A DEL33233 A DE L33233A DE L0033233 A DEL0033233 A DE L0033233A DE 1097480 B DE1097480 B DE 1097480B
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Germany
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bistable multivibrator
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bistable
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circuit
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DEL33233A
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English (en)
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Walter Baer
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Landis and Gyr AG
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Landis and Gyr AG
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
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    • H03K3/286Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable
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    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
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Description

  • Bistabile Kippschaltung Es sind Kippschaltungen bekannt, bei denen zwei stabile Schaltzustände möglich sind, die durch-den jeweiligen Zustand von mindestens einem in der Schaltung enthaltenen, durch Impulse steuerbaren Schalterglied bestimmt werden. Solch eine Kippschaltung, die als bistabile Kippschaltung bezeichnet wird, wechselt beim Eintreffen aufeinanderfolgender Steuerimpulse, die abwechselnd dem einen oder dem anderen von zwei Stenerorganen zugeführt werden, zwischen ihren beiden stabilen Schaltzuständen in Form eines Kippvorganges hin und her.
  • Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung, die gegenüber den bekannten Schaltungen dieser Art eine neuartige Funktion aufweist, durch die neue Anwendungsgebiete erschlossen werden, für die weiter unten einige Beispiele genannt sind.
  • Die bistabile Kippschaltung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Impulszuleitung zu dem einen Steuerorgan ein Zeitglied liegt, welches, durch das Umkippen der Schaltung aus einem ersten in einen zweiten Schaltzustand ausgelöst, nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer seine für die Ansprechbereitschaft des ihm zugeordneten Steuerorgans, beispielsweise durch Beeinflussung der Vorspannung an diesem Steuerorgan, maßgebende Eigenimpedanz ändert und dadurch das genannte Steuerorgan während oder nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer für weitere Steuerimpulse unempfindlich macht oder sperrt und ein Zurückkippen der Kippschaltung aus dem gerade bestehenden zweiten Schaltzustand in den ersten durch während der Sperrung eintreffende Impulse verhindert.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltschema einer bistabilen Kippschaltung gemäß der Erfindung, bei der als Schalterglieder Transistoren verwendet sind, Fig. 2 eine Alternative der Ausführung nach Fig. 1 und Fig. 3 eine erfindungsgemäße Kippschaltung mit Elektronenröhren als Schalterglieder.
  • In der Fig. 1 ist eine aus Transistoren 1 und 2, Widerständen 3 bis 10, Kondensatoren 11 bis 14, Gleichrichtern 15, 16 und einem Relais 17 bestehende, an sich bekannte bistabile Kippschaltung mit binärem Eingang 18,11,12 dargestellt. Eine solche symmetrisch aufgebaute bistabile Kippschaltung ist bekanntlich so dirnensioniert, daß sie einen stabilen Zustand erreicht, wenn der Transistor 1 vollständig leitet und der Transistor2 ganz sperrt, ebenso erreicht sie einen zweiten stabilen Zustand dann, wenn der Transistor 1 sperrt und der Transistor 2 leitet. Durch Erzwingung eines bestimmten Zustandes an nur einem Transistor stellt sich der dazugehörige Zustand des anderen Transistors jeweils selbsttätig ein. Der binäre Eingang 6, 11, 15 und 9, 12, 16 mit der Klemme 18 leitet positive Umschaltimpulse jeweils auf denjenigen der beiden Transistoren, der gerade leitet, und zwingt ihn dadurch züi sperren. Bei leitendem Transistor 1 ist nämlich der ihm zugeordnete Gleichrichter 15 auch leitend, während der Gleichrichter 16 in Sperrichtung vorgespannt ist, so daß ein positiver Impuls an der Eingangsklemme 18 nur auf den Basisanschluß des Transistors 1 geleitet wird. Symmetrisch umgekehrt liegen die Verhältnisse bei leitendem Transistor 2. Rechteckimpulse an der Eingangsklemme 18 werden in einer solchen Schaltung auf Rechteckimpulse der halben Frequenz verwandelt und können an einem der beiden Transistorkollektoren abgenommen werden.
  • Zu dieser an sich bekannten Anordnung ist nun in die mit der Basis 19 des Transistors 2 verbundene Leitung eine aus einer Spule 20 und einem Kern 21 bestehende Drossel 22 geschaltet, deren Kern 21 aus Eisen mit rechteckiger Hystereseschleife besteht. Parallel zur Drossel 22 ist ein Widerstand 23 und zwischen der Basis 19 des Transistors 2 und dem Gleichrichter 16 ein Widerstand 24 geschaltet. Ein zusätzlicher Gleichrichter 25 verbindet die Basis 19 des Transistors 2 mit seinem Emitter 26. Die Basis 27 des Transistors 1 ist über einen Schalter 28 und einen Kondensator 29, dem ein Widerstand .30 parallel geschaltet ist, an den Minuspol 31 einer nicht dargestellten Stromquelle angeschlossen.
  • Im Ausgangszustand ist der Transistor 1. leitend und der Transistor 2 gesperrt. Der Drosselkern 21 befindet sich in diesem Fall zufolge eines vom -Spannungsteiler 5, 8 durch die Spule 20 der--Drossel 22 und den Gleichrichter 25 fließenden Stromes in gesättigtem Zustand, z. B. -Bs.
  • Beim Eintreffen eines er-sten Eingangsimpulses wird der Transistor 1 gesperrt;; wodurch der Transistor 2 in bekannter Weise leitend wird. Die bistabile Kippschaltung ist also in den zweiten stabilen Zustand umgekippt. Durch den Widerstand23. und die Spule20 ,der Drossel 22 beginnt jetzt ein Strom zu fließen, der gegenüber dem während,#dgr Aufrechterhaltung des Ausgangszustandes der bistabilen Kippschaltung vorhanden gewesenen eine - #iitgegengesetzte Richtung aufweist. Dadurch setzt im Drosselkern20 ein Ummagnetisierungsvorgang ein, durch welchen er in den entgegengesetzten Sättigungszustand +B, gebracht wird.
  • Eine Drossel mit einem Kern aus magnetisch sättigbarem Eisen weist bekanntlich im Gebiete der Ummagnetisierung eine bedeutend höhere Impedanz auf als im Gebiete der Sättigung. Die Ummagnetisierungszeit, d. h. die Zeit, während welcher der Eisenkern ' von - einem Sättigungsbereich in den -anderen =magnetisiert, ist durch.folgende Beziehung gegeben. worin U die angelegte Spannung, n die Windungszahl, Af, den Eisenquerschnitt und 2 B., den maximal mög" lichen Induktionshub bedeutet. Die Ummagnetisierungszeitt" ist bei Drosseln, deren Kern eine rechteckförmige Hystereseschleife aufweist, genau definiert und kann durch Wahl der konstruktiven Parameter zweckmäßig gewählt werden.
  • Während der durch die Ummagnetisierung gegebenen Zeitspanne t" stellt also die Drossel 22 einen hohen Widerstand dar, so daß der Basisstrom des Transistors 2 praktisch nur durch den Widerstand 23 bestimmt wird. Letzterer begrenzt den Basisstrom auf einen kleinen, eben noch zur Aufrechterhaltung des gekippten Zustandes der Kippschaltung ausreichenden Wert.
  • Trifft nun innerhalb der Ummagnetisierungszeit t. ein zweiter Eingangsimpuls am Eingang 18 der bistabilen Kippschaltung ein, so wird dieser über den Kondensator 12, den Gleichrichter 16 und den Widerstand 24 der Basis 19 des Transistors 2 zugeleitet und bewirkt eine solche Verminderung des Basisstromes, daß ein Zurückkippen der-bistabilen Kippschaltung in den Ausgangszustand erfolgt. Bei nun gesperrtem Transistor 2 wird der Kern 21 der Drossel 22 durch den bereits erwähnten, durch den Gleichrichter 25 fließenden Strom von seinem bis zum betrachteten Zeitpunkt erreichten InduktionswertB wieder in den Ausgangszustand - B, zurückmagnetisiert. Das Relais 17 spricht während der beiden rasch aufeinanderfolgenden Kippvorgänge zufolge seiner Trägheit nicht an.
  • Trifft jedoch während der Ummagnetisierungszeit t. der zweite Eingangsimpuls nicht ein, so wird die Ummagnetisierung vollendet, und der Kern 21 der Drossel 22 wird mit zum Ausgangszustand entgegengesetzter Polarität der Induktion gesättigt, d. h, mit +B,. Der Widerstand der Drossel 22 wird klein, und der Basisstrom des Transistors 2 erreicht jetzt einen um ein Vielfaches höheren- Wert. Die Stromstöße von anschließend eintreffenden Eingangsimpulsen werden durch den Widerstand 24 derart begrenzt, daß sie ein Zurückkippen der bistabilen Kippschaltung in den Ausgangszustand nicht mehr bewirken können, d. h., der Transistor 2 bleibt leitend, und der Transistor 1 ist gesperrt. Die bistabile Kippschaltung bleibt also in ihrem zweiten stabilen Zustand blockiert. -Das Relais 17 wird nun ständig erregt, so daß es anzieht und seinen Kontakt betätigt. Dadurch kann in einem Stromkreis 32 der blockierte Zustand der Kippschaltung zur Anzeige gebracht werden. Diese Anzeige bedeutet dann beispielsweise, daß in irgendeiner zu überwachenden Einrichtung oder bei einem zu kontrollierenden Vorgang eine Störung eingetreten ist. Um die blockierte Kippschaltung nach Behebung der Störung bzw. nach Berücksichtigung ihrer Anzeige in ihren Ausgangszustand zurückzuführen, muß der Schalter 28 kurzzeitig geschlossen werden.
  • - Die beschriebene bistabile Kippschaltung arbeitet also zusammengefaßt wie folgt. Durch einen Eingangsimpüls wird sie aus ihrem Ausgangszustand in den zweiten stabilen Zustand gebracht. Erreicht ein zweiter Eingangsimpuls den Eingang 18 der bistabilen Kippschaltung innerhalb einer durch die Ummagnetisierungszeit des Kernes 21 der Drossel 22 scharf begrenzten Zeitspanne t" so kippt sie wieder in den Ausgangszustand zurück, d. h., wird diese Bedingung eingehalten, so arbeitet die bistabile Kippschaltung normal. Trifft hingegen der zweite Eingangsimpuls nicht innerhalb der Zeitspanne t. ein, so wird die bistabile Kippschaltung blockiert und kann durch nachfolgende Eingangsimpulse nicht mehr zurückgekippt werden. Nach einer Verzögerungszeit, die durch die Anzugszeit des Relais 17 gegeben ist, zieht dieses dann an und betätigt seinen Kontakt, wodurch ein für diesen Fall vorgesehener Vorgang, z. B. das Einschalten eines Signallichtes, einer Alarrnvorrichtung usw., eingeleitet wird.
  • Die beschriebene bistabile Kippschaltung ist für eine Reihe neuartiger Anwendungen geeignet. So können z. B. in Impulszählketten die Impulse zu -Kontrollzwecken über zwei parallele Kanäle geführt werden. Wird einer der beiden Ausgänge um kleine Bruchteile eines Eingangsimpulsabstandes verzögert und werden dann beide Ausgänge einer erfindungsgemäßen bistabilen Kippschaltung zugeleitet, so kann mittels derselben das zeitlich richtige Eintreffen der Impulse aus beiden Kanälen überwacht werden, d. h., trifft aus einem der beiden Kanäle ein Impuls nicht zur rechten Zeit ein, so wird ein Signal betätigt, das auf einen Fehler oder eine Störung in einem der beiden Kanäle aufmerksam macht. Bei Fernsteneranlagen mit Rückmeldung kann eine derartige bistabile Kippschaltung vom Befehlsimpuls und vom Rückmeldungsimpuls gesteuert werden. Sie zeigt dann verzögert eingetroffene oder überhaupt nicht ausgeführte Befehte- an.
  • Die erfindungsgemäße bistabile Kippschaltung kann statt mit einer Drossel auch mit anderen Zeitgliedern, welche nach dem Ablauf einer gewählten Zeitspanne ihren Widerstand ändern, aufgebaut werden. So kann Z. B.,wie in der Fig. 2 dargestellt ist, die Drossel 22 durch ein Relais 33 mit Kontakt 34 ersetzt werden, welcher Kontakt nach dem Ablauf einer vorbestimmten, t" entsprechenden Verzögerungszeit geschlossen wird. Unter Umständen ist überhaupt kein besonderes Relais 34 erforderlich, indem dazu auch das Relais 17 herangezogen werden kann. Die Fig. 2 entspricht im übrigen- der -Fig. 1, wobei gleiche Schaltelemente mit gleichen Bezeichnungen versehen worden sind.
  • Im Sinne des Erfindungsgedankens ist auch eine bistabile Kippschaltung ausführbar, welche nach dem Kippen aus dem Ausgangszustand in den zweiten Zustand während einer vorbestimmten, der Ummagnetisierungszeit t. entsprechenden Zeitdauer, d. h. also nur vorübergehend blockiert bleibt. Dies kann bei der Ausführung nach Fig. 1 dadurch erzielt werden, daß die Drossel 22 durch einen Kondensator mit ferroelektrischem Effekt ersetzt wird. Bei der Ausführung nach der Fig. 2 ist in diesem Fall der Kontakt 34 des Relais 33 ein Ruhekontakt, welcher nach der erwähnten Zeitdatier geöffnet wird.
  • Eine solche Vorrichtung kann als Prüf- und Sortierkreis in Fernmeldeanlagen, die nach einem Impuls-Abstand-Code arbeiten, eingesetzt werden, oder sie kann frequenzuntersetzende Funktionen übernehmen und eignet sich dank der genau definierbaren Zeitspanne der Blockierung für eine Vielzahl bisher mit größerem Aufwand gelöster Aufgaben.
  • Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße bistabile Kippschaltung auch mit anderen Schaltelementen als mit Transistoren, z. B. mit nur einem Schaltelement mit zwei stabilen Arbeitspunkten, wie z. B. eine Shockley-Diode, oder aber mit Röhren aufgebaut werden. Nach der Fig. 3 ist beispielsweise eine bistabile Kippschaltung in an sich bekannter Weise unter Verwendung von zwei Elektronenröhren 35, 36, Widerständen 37 bis 44, Kondensatoren 45 bis 48, Gleichrichtern 49, 50 und eines Relais 51 aufgebaut. Zusätzlich ist diese bistabile Kippschaltung mit Widerständen 52 bis 54 und einer aus einer Spule 55 und einem Kern 56 mit rechteckiger Hystereseschleife bestehenden Drossel 57 versehen. Bei gesperrter zweiter Röhre 36 fließt ein Strom von der Verbindungsleitung 58 der Widerstände 52, 53 durch die Drosselspule 55 zur Verbindungsleitung 59 der Widerstände 39, 42. Bei leitender zweiter Röhre 36 fließt der Strom durch die Drosselspule 55 in umgekehrter Richtung. Nach einem Kippvorgang aus dem Ausgangszustand in den zweiten stabilen Zustand, d. h. in den Zustand, in welchem die zweite Röhre 36 leitend ist, sinkt nach vollendeter Unimagnetisierung des Kernes 56 der Drossel 57 der Widerstand der letzteren, so daß das Gitter der Röhre 36 eine derart kleine Spannung erhält, daß ein Zurückkippen der bistabilen Kippschaltung durch weitere Eingangsimpulse nicht mehr möglich ist. Ein solches Zurückkippen kann auch hier nur durch Impulse bewirkt werden, die während der Umma-netisierungszeit t" eintreffen. Die Rückstellung der blockierten bistabilen Kippschaltung in den Ausgangszustand erfolgt wiederum durch Betätigung eines Druckknopfes 60, der in Reihe mit einem Kondensator 61 mit parallel geschaltetem Widerstand 62 zwischen dem Pluspol der Spannungsquelle und dem Stenergitter der ersten Röhre 35 geschaltet ist. Analog zur Fig. 2 kann auch hier die Drossel 57 durch Relaiskontakte oder durch andere Zeitelemente ersetzt werden.
  • Es versteht sich, daß das von der erfindungsgenläßen bistabilen Kippschaltung erzeugte Signal nicht nur zur Betätigung eines Relais (17 bzw. 51), sondern auch für die Steuerung von anderen geeigneten Schaltelementen oder Schaltungen dienen kann.
  • Statt über einen binären Eingang können die Eingangsimpulse auch getrennten Eingängen zugeführt werden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE-. 1. Kippschaltung mit zwei durch den jeweiligen Zustand mindestens eines in ihr enthaltenen, durch Impulse steuerbaren Schaltergliedes bestimmten, stabilen Schaltzuständen, zwischen denen die Schaltung beim Eintreffen aufeinanderfolgender, abwechselnd dem einen oder dem anderen von zwei Steuerorganen zugeführter Steuerimpulse in Form eines Kippvorganges hin- und herwechselt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Impulszuleitung zu dem einen Steuerorgan (19 bzw. Gitter von 36) ein Zeitglied (22 bzw. 33 bzw. 57) liegt, welches, durch das Umkippen der Schaltung aus einem ersten in einen zweiten Schaltzustand ausgelöst, nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer seine für die Ansprechbereitschaft des ihm zugeordneten Steuerorgans, beispielsweise durch Beeinflussung der Vorspannung an diesem Steuerorgan, maßgebende Eigenimpedanz ändert und dadurch das genannte Steuerorgan während oder nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer für weitere Steuerimpulse unempfindlich macht oder sperrt und ein Zurückkippen der Kippschaltung aus dem gerade bestehenden zweiten Schaltzustand in den ersten durch während der Sperrung eintreffende Impulse verhindert.
  2. 2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zwei getrennten Eingängen versehen ist, denen die Eingangsimpulse zugeführt sind. 3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem einzigen Eingang versehen ist, dem die Eingangsimpulse zugeführt sind. 4. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied eine Drossel (22 bzw. 57) mit sättigbarem Kern (21 bzw. 56) ist. 5. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied ein Relais (33, 3,4) ist. 6. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied ein Kondensator mit ferroelektrischem Effekt ist. 7. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Rückstellmitteln (28 bis 30) versehen ist, die zur willkürlichen Aufhebung äes blockierten Zustandes dienen.
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