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Anordnung zur Erzeugung treppenförmiger elektrischer Ablenkspannungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung treppenförmiger elektrischer
Spannungskurven.
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Es sind schon eine Anzahl Treppenspannungsgeneratoren bekannt. In
einer dieser Schaltungen wird die Treppenkurve aus phasenverschobenen Rechteckimpulsen
verschiedener Amplitude zusammengesetzt. In einer anderen Schaltung entsteht die
Kurve durch stufenweise Aufladung eines Kondensators mit Rechteckimpulsen. In einer
weiteren Schaltung werden zwei Sägezahnspannungen verschiedener Frequenz und verschiedener
Amplitude überlagert, wobei die höhere Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der
niedrigeren Frequenz sein muß. Um waagerechte, ebene Stufen zu erhalten, ist ein
ganz bestimmtes Amplitudenverhältnis der beiden Sägezahnspannungen erforderlich.
Alle diese Schaltungen erfordern eine große Konstanz der Werte der verwendeten Schaltelemente.
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Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der eine aus einzelnen bistabilen
Grundschaltungen aufgebaute Zählschaltung treppenförmige Impulse abgibt. Die einzelnen
Stufen sind bei dieser Anordnung so zusammengeschaltet, daß bei jedem Impuls eine
weitere Stufe von dem einen Zustand in den anderen gebracht wird, so daß am Ende
des Zählvorganges bei einer z. B. zahnstufigen Zählkette alle zehn Stufen umgeschaltet
sind. Zur Rückstellung der Stufen ist ein Rückstellimpuls erforderlich, der die
Stufen zurückkippt und sie auf diese Weise auf den nächsten Zählvorgang vorbereitet.
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Mit dieser bekannten Anordnung kann man allerdings keine definierte,
bezüglich eines frei wählbaren Nullpotentials symmetrische Treppenspannung erzeugen,
wie man sie für viele Zwecke benötigt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist mit einer Anordnung gemäß der Erfindung
möglich, bei der eine Anzahl hintereinandergeschalteter, aus Transistoren aufgebauter
bistabiler Multivibratoren so miteinander verbunden ist, daß durch aufeinanderfolgende
Eingangsimpulse jeweils der folgende Multivibrator zusätzlich zu dem vorhergehenden
von der Ruhelage in die Arbeitslage gekippt wird. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzielung einer symmetrischen Treppenspannung die Kollektoren sowohl der
linken als auch der rechten Transistoren der einzelnen Multivibratoren über je einen
Widerstand mit jeweils einem Ausgang verbunden sind.
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In dieser Schaltung hat eine mangelnde Konstanz der Werte der nichtlinearen
Bauelemente keinen Einfiuß, da sie nur qualitativ ausgewertet werden, d. h. daß
nur ihr leitender oder gesperrter Zustand von Bedeutung ist. Außerdem hat die Schaltung
den Vorteil, daß die Höhe und die Breite der einzelnen Treppenstufen individuell
regelbar sind, und zwar kann die Breite der Treppenstufen mit der Folgefrequenz
der Eingangsimpulse leicht verändert werden. Dabei bleiben die einzelnen Stufen
bei beliebiger Breite vollkommen eben. Die Anzahl der Treppenstufen ist nur von
der Zahl der Schaltelemente abhängig.
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Die Schaltung hat aber vor allem den Vorzug, daß sie gleichzeitig
als Zählkette oder als Wähler verwendet werden kann und somit eine zum Zähl- oder
Wählvorgang synchrone Treppenspannung liefert, die z. B. zur Ablenkung eines Kathodenstrahls
benutzt werden kann.
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Es ist vorteilhaft, als bistabiles Schaltelement eine Flip-Flop-Schaltung
zu verwenden. Dabei verbindet man die linken Kollektoren jedes Flip-Flop-Kreises
über je einen Widerstand mit einem gemeinsamen Ausgang.
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Es ist günstig, alle diese Widerstände gleich groß zu wählen, dann
werden alle Treppenstufen gleich hoch, und diese Höhe kann leicht für alle Stufen
durch ein Potentiometer, welches den gemeinsamen Ausgang mit einem festen Potential
verbindet, geregelt werden.
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Zur ErzielungeinerbezüglicheinesfreiwählbarenNullpotentials symmetrischen
Treppenspannung müssen sowohl die linken als auch die rechten Kollektoren aller
Flip-Flop-Kreise über je einen Widerstand mit einem jeweils eigenen gemeinsamen
Ausgang verbunden werden. Es ist vorteilhaft, durch das Kippen des letzten Schaltelementes
die ganze Kette in ihren Ausgangszustand zurückzuführen. Dazu ist es zweckmäßig,
die jeweils gleichsinnigen Emitter auf eine gemeinsame
Leitung zu
führen und diese beiden Leitungen durch einen Transistor zu verbinden, der beim
Kippen des letzten Schaltelementes gesperrt wird.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert:
Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine unsymmetrische Treppenkurve, Fig.
2 ein Ausführungsbeispiel für eine symmetrische Treppenkurve mit selbsttätiger Rückstellung
der Kette. Die Fig. 1 zeigt einen aus (n-1) Flip-Flop-Kreisen aufgebauten Treppenspannungsgenerator.
Die Kollektoren aller Transistoren sind über die Widerstände R5 mit dem negativen
Pol - UB verbunden. Die Basis des linken Transistors der einzelnen Flip-Flop-Kreise
ist über die Diode Dl und den Widerstand R6 mit dem Kollektor des rechten Transistors
der vorhergehenden bistabilen Kippschaltung verbunden. Nur die Basis des linken
Transistors der ersten Flip-Flop-Schaltung ist über die Diode D1 und den
Widerstand R1 mit Massepotential verbunden. Außerdem sind die Anoden sämtlicher
Dioden D1 über die Kondensatoren C1 mit der Eingangsimpuls- oder Zeittaktleitung
verbunden. Die Dioden D 1 sind so geschaltet, daß sie nur positive Taktimpulse
zur Basis durchlassen. Die Basen der rechten Transistoren sind jeweils über die
Diode D2 und den Widerstand R8 an Massepotential gelegt. Außerdem sind die Anoden
dieser Dioden D2 über die Kondensatoren C2 mit der Rückstelleitung verbunden. Die
Kollektoren der linken Transistoren aller Zählstufen sind jeweils über den Widerstand
R2 mit dem gemeinsamen Ausgang A 1 verbunden, der seinerseits über das Potentiometer
R4
an Massepotential liegt.
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Im Ruhezustand des Treppenspannungsgenerators sind sämtliche linken
Transistoren leitend, sämtliche ; rechten Transistoren gesperrt. Der Ausgang A
1 liegt daher an Massepotential. Der erste Impuls, der auf der Zeittaktleitung
erscheint, kippt den ersten Flip-Flop-Kreis, indem der linke Transistor gesperrt
und der rechte leitend wird. Das Potential des Ausgangs A 1
sinkt um einen
bestimmten Betrag. Gleichzeitig wird die zweite Kippstufe über den Widerstand R6
so vorbereitet, daß der nächste Zeittaktimpuls den zweiten Flip-Flop-Kreis kippt,
usw. Dabei verbleiben alle vorher gekippten Zählstufen in der gekippten Lage. Die
Breite der einzelnen Treppenstufen ist von der Folgefrequenz der Zeittaktimpulse
abhängig. Sind die Widerstände R2 gleich groß, so ist auch die Höhe der einzelnen
Treppenstufen gleich groß. Dabei ist R2 groß gegen R5 zu wählen. Die Höhe der Gesamttreppe
kann noch über das Potentiometer R4 eingestellt werden. Die Zahl der Treppenstufen
wird durch die Zahl der Kippschaltungen bestimmt. Zur Rückstellung des Treppenspannungsgenerators
wird ein positiver Impuls auf die Rückstelleitung gegeben. Dadurch werden alle rechten
Transistoren gesperrt.
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Die Schaltung der Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten
dadurch, daß auch die Kollektoren der rechten Transistoren aller Kippkreise über
einen Widerstand R3 mit einem gemeinsamen Ausgang A 2 verbunden sind. Außerdem sind
die rechten und linken Emitter aller Kippkreise jeweils auf eine gemeinsame Leitung
geführt. Die gemeinsame Leitung der linken Emitter liegt direkt an Massepotential,
die gemeinsame Leitung der rechten Emitter ist mit der gemeinsamen Leitung der linken
Emitter über einen Transistor Trl verbunden. Außerdem besitzt die Generatoranordnung
eine Kippstufe mehr als diejenige gemäß Fig.1. Der Kollektor des rechten Transistors
dieser letzten Kippstufe ist über den Widerstand R7 mit der Basis des Transistors
Tr 1
verbunden. Durch diese Schaltmaßnahme ist die Rückstelleitung
überflüssig geworden.
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In der Wirkungsweise unterscheiden sich beide Schaltungen dadurch,
daß in der Schaltung nach Fig. 2 zwischen den jeweils gemeinsamen Ausgängen A 1
und A 2 eine symmetrische Treppenspannung abgenommen werden kann. Wenn der Zeittaktimpuls
die letzte Zählstufe n kippt, steigt an ihrem Ausgang A 3 das Potential so weit
an, daß der Transistor Tr 1
sperrt. Damit werden aber auch alle rechten
Transistoren gesperrt, und die Zählkette geht in ihren Ausgangszustand zurück.