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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von zeitlich aufeinanderfolgenden
Spannungsstößen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen Die deutsche Patentschrift
951458 beschreibt einen nach dem. Koordinatenprinzip arbeitenden Impulserzeuger
mit einer Mehrzahl von Ausgängen, an denen zeitlich gegeneinander versetzte Impulse
in zyklischer Folge auftreten. Zur Verwirklichung des Koordinatenprinzips sind zu
den Ausgängen führende Übertrager mit individuellen, in Reihe geschalteten Richtleitern
in Matrixform an die Spalten- und Zeilenleitungen geschaltet, von denen jede an
ein eigenes Kontaktmittel gelegt ist. Als solche Kontaktmittel sind in den Ausführungsbeispielen
Hochvakuum- und Gasentladungsröhren gezeigt. Die Röhren der einen Gruppe, z. B.
die den Zeilenleitungen zugeordneten Röhren, führen an den positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle,
die Röhren der anderen Gruppe an deren negativen Pol. Durch impulsmäßige Betätigung
mindestens der Röhre der einen Gruppe und gleichzeitige Betätigung der Röhre der
anderen Gruppe fließt in der Primärwicklung des durch diese beiden Röhren bestimmten
Übertragers ein Strom, der am zugehörigen Ausgang einen Impuls erzeugt. Der Vorteil
des verwendeten Koordinatenprinzips ist darin zu sehen, daß von einer bestimmten
Anzahl von Ausgängen ab bei steigender Zahl der Ausgänge die Zahl der erforderlichen
Röhren wesentlich langsamer ansteigt. Für eine gegebene Zahl von Ausgängen wird
dann der kleinste Aufwand an Röhren erzielt, wenn die Zahlen der Röhren in beiden
Gruppen einander möglichst gleich sind.
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Zur Erzeugung periodisch auftretender Impulse an den Ausgängen der
Anordnung müssen die Röhren der beiden Gruppen ebenfalls periodisch gesteuert werden,
was in zwei verschiedenen Arten geschehen kann. Bei dem einen allgemein verwendbaren
Steuerungsschema werden die Röhren der einen Gruppe nacheinander in den stromführenden
Zustand gesteuert, während eine Röhre der anderen Gruppe während dieser ganzen Zeit
in den stromführenden Zustand gesteuert wird; dann wiederholt sich dieser Vorgang
unverändert bei den Röhren der erstgenannten Gruppe, während nun die nächste Röhre
der zweitgenannten Gruppe in den stromführenden Zustand gesteuert wird usw. Für
dieses Steuerungsschema sind also den Röhren der beiden Gruppen Impulse unterschiedlicher
Dauer und unterschiedlicher Impulsfolgeirequenz zuzuführen. Abweichend davon kann
auch ein Schema Verwendung finden, bei dem den Röhren beider Gruppen Impulse gleicher
Dauer und gleicher Impulsfolgefrequenz zugeführt werden und der stromführende Zustand
innerhalb beider Röhrengruppen in gleicher Weise vorrückt. Dieses Schema hat den
Vorteil, daß die Erzeugung der zur Steuerung der Röhren erforderlichen Impulse einfach
und wenig aufwendig ist, ist -jedoch an die Bedingung gebunden, daß die Zahlen der
Röhren in den beiden Gruppen keinen ganzzahligen gemeinsamen Teiler haben (z. B.
7:5).
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An Stelle der Röhren können auch Transistoren vorgesehen werden, die
niedrigen Spannungsbedarf, sehr geringen Innenwiderstand und im vorliegenden Fall
auch den. Vorteil geringer erforderlicher Steuerspannungen bieten. Es können dabei
entsprechend den Röhren in beiden Gruppen Transistoren des gleichen Leitungstyps
eingesetzt werden; abweichend davon ist es jedoch auch möglich, in den beiden Gruppen
Transistoren unterschiedlichen Leitungstyps zu verwenden, wodurch die Anforderungen
an die Steuerimpulse noch weiter herabgesetzt werden können. Transistoren sind im
vorliegenden Fall als Äquivalente der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Röhren
zu betrachten.
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Zur nacheinander erfolgenden Aussteuerung der Röhren oder Transistoren
jeder Gruppe in den stromführenden Zustand ist bei den Anordnungen gemäß dem eingangs
genannten Patent für jede der beiden Röhrengruppen eine eigene Zählkette vorgesehen,
deren Ausgänge aufeinanderfolgende Impulse abgeben. Die Röhren oder Transistoren
des Impulserzeugers haben hier die Aufgabe, einerseits die für die Ausgangsimpulse
erforderliche Leistung aufzubringen und andererseits durch das Koordinatenprinzip
mögliehe
Rückwirkungen des Impulserzeugers auf die Zählketten zu
verhindern. Sie dienen also zur Leistungsverstärkung und Entkopplung, stellen aber,
wenn sie auch die Anwendung beliebiger Zählketten gestatten und durch die Verwendung
des Koordinatenprinzips ihre Anzahl klein gehalten ist, immer noch einen bestimmten
Aufwand dar. Auch diesen Aufwand zu verringern, ist die Aufgabe der Erfindung.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dient wie die vorstehend
beschriebene Anordnung zur Erzeugung von an gesonderten Ausgängen auft%etenden zeitlich
aufeinanderfolgenden Spannungsstößen durch koordinatenartiges Zusammenarbeiten von
zwei Kontaktmitteln, von denen jedes einer eigenen Gruppe untereinander gleicher
Kontaktmittel angehört, wobei die Kontaktmittel beider Gruppen bei gegenseitiger
Abhängigkeit in zyklischer Folge betätigt werden und über Entkoppelrichtleiter die
Verbraucher speisen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmittel jeder
Gruppe unter sich zu je einer als Ringschaltung ausgebildeten Zählkette zusammengeschaltet
sind.
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Durch den `'Wegfall der Kontaktmittel zwischen den Zählkettenausgängen
und den zu den Ausgängen des Impulserzeugers führenden Übertragern müssen die Zählketten
von sich aus die an den Ausgängen des Impulserzeugers erforderliche Leistung aufbringen
und müssen bezüglich ihres Arbeitens unabhängig von Rückwirkungen der jeweils anderen
Zählkette über die zu den Ausgängen führenden Übertrager sein. Die Erfindung macht
davon Gebrauch, daß Zählketten, die diesen Forderungen gerecht werden, bereits verfügbar
sind. Als besonders vorteilhaft erweist sich hier eine Zählkette, die durch IRE
CONVENTION RECORD, 1955, Part. d, bekannt ist und je Stufe einen Transistor und
einen ferromagnetischen Ringkern besitzt.
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Im folgenden wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben, das mit derartigen Zählketten. arbeitet. Die Figur selbst
beschränkt sich auf den für das Verständnis erforderlichen Umfang und zeigt je eine
Stufe der beiden Zählketten und einen Ausgangsübertrager mit in Reihe geschaltetem
Richtleiter. Die durch die Matrixanordnung gegebene Anschaltung mehrerer Ausgangsübertrager
an jede Stufe der beiden Zählketten wird durch die beiden Vielfachzeichen zum Ausdruck
gebracht.
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Zur Steuerung der Zeilen der Gesamtanordnung dient eine erste Zählkette,
die aus untereinander gleichen, zu einer Ringschaltung zusammengeschalteten Stufen
mit je einem Transistor T1 und einem ferromagnetischen Ringkern K 1 mit vier Wicklungen
besteht. Zwischen die Basiselektrode und den Emitter des hier gewählten pnp-Transistors
T1 ist die Steuerwicklung s und zwischen den Kollektor des Transistors T 1 und die
Eingabespule e der folgenden Stufe ist die Rückkopplungswicklung r eingefügt; die
Eingabewicklungen e der Richtkerne sämtlicher Stufen sind über individuelle Widerstände
R1 an den negativen Pol einer Betriebsspannungsquelle - Ub geschaltet. Außerdem
tragen sämtliche Ringkerne je eine Weiterschaltwicklung w, die, untereinander in-Reihe
geschaltet, an einen Steuerimpulsgenerator angeschaltet sind. Die von der betreffenden
Stufe versorgte Zeile der 'Matrixanordnung ist jeweils an den Emitter des zugehörigen
Transistors T 1 geschaltet.
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Zur Steuerung der Spalten der Matrixanordnung ist eine zweite, ebenfalls
als Ringschaltung ausgebildete Zählkette vorgesehen, deren Stufen je einen Transistor
T 2 und einen ferromagnetischen Ringkern h2 enthalten. Die Stufen dieser
zweiten Zählkette besitzen im wesentlichen die gleiche Anordnung wie die Stufen
der ersten Zählkette mit dem Unterschied, daß die Emitter der Transistoren T2 über
individuelle Widerstände R2 an den positiven Pol der Betriebsspannungsquelle Kjb
und die Spalten der Matrixanordnung jeweils an die Eingabespulen e der jeweils zugehörigen
Ringkerne IL 2 geschaltet sind. Die Weiterschaltwicklungen w der Ringkerne k 2 sind
ebenfalls an den schon genannten Steuerimpulsgenerator geschaltet.
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An den Kreuzungspunkten der Matrixanordnung ist zwischen Zeile und
Spalte jeweils die Primärwicklung eines Übertragers C mit in Reihe liegendem Entkoppelrichtleiter
G geschaltet. Die Sekundärseiten dieser Übertrager dienen zur potentialfreien Abgabe
der gewünschten Impulse.
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Die Wirkungsweise derartiger Zählketten läßt sich, ausgehend von der
Wirkungsweise einer einzelnen Stufe, wie folgt kurz erläutern. Jeder ferromagnetische
Ringkern K 1 bzw. K2 hat zwei stabile Zustände, nämlich den Zustand positiver Remanenz
und den Zustand negativer Remanenz, die innerhalb der durch die flachen Äste der
Hystereseschleife gekennzeichneten beiden Sättigungsbereiche liegen. Wird einem
im Zustand negativer Remanenz befindlichen Ringkern über seine Weiterschaltwicklung
u, ein Impuls zugeführt, der nach Amplitude und Polarität in der Lage ist, den Ringkern
in den positiven Sättigungsbereich zu steuern, so wird in der Steuerwicklung s eine
Spannung induziert, die den bis dahin gesperrten Transistor T 1 bzw.
T 2 in den stromführenden Zustand steuert. Der nun über die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors fließende Strom fließt auch durch die Rückkopplungswicklung r, die
so gepolt ist, daß dieser Transistorstrom den der Weiterschaltwicklung w zugeführten
Impuls unterstützt und damit den Transistor noch weiter in den stromführenden Zustand
steuert. Durch diese positive Rückkopplung wird ein sehr schneller Stromanstieg
und damit ein sehr schnelles Erreichen des positiven Sättigungsbereiches des Ringkernes
erzielt. Bei Erreichen des flachen Astes der Hystereseschleife und damit eintretender
Sättigung ist der Ringkern nicht mehr in der Lage, eine nennenswerte Kopplung seiner
Wicklungen aufrechtzuerhalten, wodurch in der Steuerwicklung s keine nennenswerte
Spannung mehr induziert und damit der Transistor wieder gesperrt wird. Der Ringkern
nimmt nun den Zustand positiver Remanenz ein. Folgende, der Weiterschaltspule zc"
zugeführte Impulse bleiben nun unwirksam, da sie den bereits im Zustand positiver
Remanenz befindlichen Ringkern nur weiter in den positiven Sättigungsbereich steuern,
wobei jedoch kein steiler Ast der Hystereseschleife durchlaufen wird, was für eine
Aussteuerung des Transistors in den stromführenden Zustand erforderlich wäre. Eine
durch den schwachen Anstieg des dem positiven Sättigungsbereich zugehörigen flachen
Astes der Hystereseschleife unter Umständen bedingte Induktion einer kleinen Spannung
in der Steuerwicklung s und damit bedingter schwaeher Stromfluß im Transistor bleibt
ohne Einfluß, da dieser Stromfluß den Ringkern nur im bereits eingenommenen positiven
Sättigungsbereich weiter aussteuert.
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Das Rückkippen eines im Zustand positiver Remanenz befindlichen Ringkerns
in den Zustand negativer Remanenz erfolgt durch einen der Eingabewicklung e zugeführten
Impuls entsprechender Amplitude und Polarität. Dieser Impuls wird vom stromführenden
Transistor der jeweils vorhergehenden Stufe erzeugt, da die Eingabewicklung e eines
jeden Ringkerns
mit der Rückkopplungswicklung r der jeweils vorhergehenden
Stufe in Reihe geschaltet ist und damit vom Strom des Transistors der vorhergehenden
Stufe durchflossen wird.
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Bei einer aus derartigen Stufen aufgebauten Zähllette befindet sich
jeweils der Ringkern einer einzigen Stufe im Zustand negativer Remanenz, die Ringkerne
aller übrigen Stufen dagegen sind im Zustand positiver Remanenz. Bei Zuführung eines
Impulses zur Zählkette kippt der einzige im Zustand negativer Retnanenz befindliche
Ringkern in den Zustand positiver Remanenz, wobei der ihm zugeordnete Transistor
während des Kippens Strom führt und damit den bis dahin im Zustand positiver Remanenz
befindlichen Ringkern der folgenden Stufe in den Zustand negativer Remanenz kippt.
Bei Zuführung solcher Weiterschaltimpulse zur Zählkette führen also nacheinander
die Transistoren T 1 bzw. T 2 der einzelnen Stufen impulsmäßig Strom,
wobei diese Stromimpulse zeitlich mit den Weiterschaltimpulsen zusammenfallen.
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Bei Versorgung zweier Zählketten mit den gleichen oder mit zeitlich
koinzidenten Weiterschaltimpulsen führen damit jeweils zwei Transistoren gleichzeitig
Strom, von denen der eine Transistor der einen Zählkette und der andere Transistor
der anderen Zählkette angehört.
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Diese Koinzidenz der Stromflußzeiten zweier Transistoren wird bei
der Erfindung ausgewertet, bei der, wie aus der Figur deutlich zu ersehen ist, jeweils
die Primärwicklung desjenigen Übertragers t' stromdurchflossen ist, deren beide
zugehörigen Transistoren T 1 und T 2 Strom führen. Die Richtleiter
G haben dabei die Aufgabe, in bekannter Weise das Auftreten unzulässiger Ströme
über andere Übertrager h' zu verhindern.
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Bei Einhaltung der eingangs genannten Bedingung, derzufolge die Stufenzahlen
der beiden Zählketten keinen ganzzahligen gemeinsamen Teiler haben dürfen, wird
damit erreicht, daß nacheinander die Primärwicklungen sämtlicher Übertrager Ü impulsmäßig
stromdurchflossen sind, womit in deren Sekundärwicklungen die gewünschten gegeneinander
zeitlich versetzten Impulse auftreten.
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Vorliegende Beschreibung beschränkt sich zur Erläuterung des Wesens
der Erfindung auf eine bestimmte Schaltungsanordnung als Ausführungsbeispiel. Die
Transistoren beider Zählketten haben dabei den gleichen Leitungstyp; hier beispielsweise
handelt es sich um pnp-Transistoren. In gleicher Weise können in beiden Zählketten
auch npn-Transistoren Verwendung finden. Außerdem ist es auch möglich, in der einen
Zählkette pnp-Transistoren und in der anderen Zählkette npn=rransistoren zu verwenden.
Die für solche Abwandlungen erforderlichen Maßnahmen sind einfacher Art und bedürfen
daher keiner besonderen Erläuterung.
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Im weiteren kann die Erfindung auch mit Zählletten beliebiger Art
verwirklicht werden, sofern diese Zählketten die bereits genannten Bedingungen ausreichender
Leistungsabgabe und von Rückwirkungen unabhängigen Arbeitens erfüllen. Bei Wahl
entsprechender Zählketten kann auch abweichend von dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel, bei dem beide Zählketten Impulse gleicher Dauer abgeben, auch
das eingangs genannte, mit Impulsen ungleicher Dauer arbeitende Steuerschema Verwendung
finden.
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Auf Grund des geringen inneren Spannungsabfalles stromführender Transistoren
ist es in verschiedenen Anwendungsfällen ohne weiteres möglich, die beim vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel über die Übertrager Ü angeschalteten Verbraucher
auch unter Weglassung dieser Übertrager unmittelbar zwischen die eine Zählkette
und die zur anderen Zählkette führenden Entkoppelrichtleiter G einzufügen.