DE1133753B - Zeitglied fuer sehr lange Zeiten - Google Patents

Zeitglied fuer sehr lange Zeiten

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DE1133753B
DE1133753B DEST17368A DEST017368A DE1133753B DE 1133753 B DE1133753 B DE 1133753B DE ST17368 A DEST17368 A DE ST17368A DE ST017368 A DEST017368 A DE ST017368A DE 1133753 B DE1133753 B DE 1133753B
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Standard Elektrik Lorenz AG
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
St 17368 Vffla/2131
ANMELDETAG: 19. J A N U A R 1961
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 26. .!ULI 1962
Die Erfindung betrifft ein Zeitglied mit elektronischen Schaltmitteln, das auf sehr große Zeiten ausgelegt werden kann. In den teil- und vollelektronischen Vermittlungseinrichtungen der Fernmelde- und Fernsprechanlagen werden sehr häufig zentrale Zeittaktgeber benötigt, die sehr große Periodendauer aufweisen, oder Schaltmittel, die erst nach einer bestimmten sehr großen Zeitdauer ansprechen. Die erforderlichen Verzögerungszeiten können in der Größenordnung von einer Minute sein. Es wird in diesem Zusammenhang nur auf ein Kriterium für Teilnehmerabwurf oder an die Überbrückung der Anheizzeit bei Verstärkern hingewiesen.
Zeiten in dieser Größenordnung lassen sich durch die üblichen Relais-Verzögerungsschaltungen nicht mehr wirtschaftlich realisieren. Sehr genau können diese Zeiten mit mechanischen Uhren erzeugt werden. Derartige Zeitmeß- und Zeitgebeeinrichtungen erfordern jedoch eine umfangreiche Wartung und sind daher für den Einsatz in teil- oder vollelektronischen Anlagen nicht geeignet. Für die vorher erwähnten Gebiete sind elektronische Zeitglieder zu bevorzugen, da sie außerdem noch günstigere Ansteuerungsmöglichkeiten bieten. Schaltet man die ÄC-Glieder mit den üblichen Transistorschaltungen zusammen, dann lassen sich Zeiten von einigen Zehntelsekunden mit handlichen Kondensatoren (unter 5 μ¥) erreichen. Längere Zeiten werden bei den bekannten Anordnungen durch entsprechende Frequenzteilung aus diesen verhältnismäßig kurzen Grundzeiten gewonnen.
Dazu sind multistabile Schaltungen sehr hoher Stufenzahl, wie z. B. Zählketten oder Magnetflußzähler, die von einem die Grundzeit erzeugenden Multivibrator angetrieben werden, erforderlich. Dies bedingt einen außerordentlich hohen Aufwand für die Zeitglieder.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein verhältnismäßig einfaches Zeitglied mit sehr langer Verzögerungszeit anzugeben. Dabei soll ebenfalls ein Taktgenerator verwendet werden, der aber durch die multistabile Speichereigenschaft einer Reihenschaltung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen in einer Frequenzteilerschaltung mehrfach ausgenutzt wird. Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß eine Reihenschaltung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen in den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung eingefügt ist, daß beim Übergang der Kippschaltung vom getriggerten Zustand in den Ausgangszustand durch den Stromanstieg über den Hügelstrom einer Tunneldiode ein Spannungsstoß erzeugt wird, durch den die Kipp-
Zeitglied für sehr lange Zeiten
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42
DipL-Phys. Friedrich Ulrich, Stuttgart-Bad Cannstatt, ist als Erfinder genannt worden
schaltung erneut getriggert wird, und daß bei η in Reihe geschalteten Tunneldioden nach (n + 1) Perioden die Kippschaltung im Ausgangszustand verbleibt und diesen Zustand anzeigt. Dabei sind die beiden Einzelschaltungen, die Kippschaltung und die Frequenzteilerschaltung, mit für beide Schaltungen gemeinsamen Transistoren aufgebaut, so daß ein Zeitglied mit minimalem Aufwand entsteht. Für die erneute Umsteuerung der monostabilen Kippschaltung wird erfindungsgemäß der an der Reihenschaltung der Tunneldioden auftretende Spannungsstoß über einen Koppelkondensator direkt zum Triggereingang der monostabilen Kippschaltung übertragen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Zeitgliedes liegen die Tunneldioden in dem Ausgang der Kippschaltung, der im Ausgangszustand stromführend ist. Ein besonderes Ausführungsbeispiel eines derartigen Zeitgliedes ist dadurch gekennzeichnet, daß der über den einen Zweig der Kippschaltung aufgeladene zeitbestimmende Kondensator nach der Ansteuerung der Kippschaltung durch einen Steuerimpuls über einen zeitbestimmenden Widerstand entladen wird, daß nach der Entladung des Kondensators eine im Rückkopplungskreis der Kippschaltung liegende Torschaltung geöffnet wird und dadurch die Kippschaltung wieder zurückgestellt wird, daß nach der Rückstellung der Kippschaltung der Kondensator wieder geladen wird und gleichzeitig die Reihenschaltung der Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen gespeist wird, daß beim Stromanstieg über den Wert eines Hügelstromes ein Spannungsstoß auftritt, der
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die Kippschaltung erneut umsteuert und damit die schiedlichen Stromfluß durch die Reihenschaltung
Entladung des Kondensators wieder einleitet, daß bei bewirkt.
η in Reihe geschalteten Tunneldioden der Konden- In Fig. 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel eines sator n-mäl wiedergeladen wird und daß nach der Zeitgliedes nach der Erfindung gezeigt. Der Grundletzten Entladung des Kondensators die Kippschal- 5 gedanke ist folgender: Ein Ansteuerimpuls wird auf tung in ihre Ausgangslage zurückkehrt und dabei eine monostabile Schaltung gegeben, die daraufhin ein Ausgangssignal abgibt. Durch diese zusätzliche umsteuert und nach einer vorgegebenen Zeit wieder Rückkopplungsschleife kann der Entladestromkreis in die Ausgangslage zurückkehrt. Bei dieser Rückdes zeitbestimmenden J?C-Gliedes wesentlich hoch- Stellung wird nun der Strom durch die Reihenschalohmiger ausgebildet werden, da die Rückstellung io tung der Tunneldiode erhöht. Wird der Wert eines nach der Entladung des Kondensators durch kleinste Hügelstromes erreicht, dann tritt an der betreffenden Änderungen im Rückkopplungskreis eingeleitet wird. Tunneldiode ein Spannungssprung auf, der über Diese Rückkopplung erfolgt nach einer Ausgestaltung einen Rückkopplungsweg auf den Steuereingang der derErfindung über einen besonderen Rückkopplungs- Kippschaltung gelangt. Dadurch wird die Kippschalübertrager. Der Stromanstieg im Ausgangskreis der 15 tung erneut und automatisch umgesteuert, und der Kippschaltung mit den Tunneldioden wird durch eine Strom durch die Tunneldiodenkette wird wieder rezusätzliche Induktivität, z. B. durch die Wicklung duziert. Kehrt nach der vorgegebenen Zeit, die durch eines Relais, das gleichzeitig als Indikator dient, ent- ein i?C-Glied der Kippschaltung bestimmt ist, die sprechend abgeflacht. Eine Weiterbildung des Zeit- Kippschaltung wieder in die Ausgangslage zurück, gliedes nach der Erfindung sieht vor, daß der zeit- 20 dann wiederholt sich der Vorgang der erneuten Ausbestimmende Kondensator so in den Rückkopplungs- steuerung so lange, bis alle Tunneldioden ihren Arkreis mit einbezogen ist, daß der nach der Um- beitspunktß eingenommen haben. Durch die Einsteuerung fließende Ladestrom die Rückkopplung fügung einer derartigen multistabilen Speicherkette unterstützt. aus η Tunneldioden wird eine Zeitverzögerung er-
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausfüh- 25 reicht, die («+l)-mal so groß ist wie die durch das
beispielen näher erläutert. Es zeigt i?C-Glied der Kippschaltung vorgegebene Grundzeit.
Fig. 1 die typische Kennlinie einer Tunneldiode, Wird in denselben Strompfad, in dem die Tunnel-
Fig. 2, 3 und 4 Ausführungsbeispiele von Zeitglie- dioden angeordnet sind, ein Indikator, z. B. ein Redern für sehr lange Zeiten, die stets eine andere Art lais angeordnet, das auf die kurzzeitigen Umsteuervon Kippschaltung verwenden. 30 vorgänge nicht reagiert, dann wird erst ein Ausgangs-
In Fig. 1 ist die Kennlinie einer Tunneldiode in signal erhalten, wenn der Strom in der Reihenschal-Durchlaßrichtung dargestellt. Bei sehr kleinen Span- tung seinen Endwert erreichen kann. Dies ist dann nungen steigt der Strom durch die Tunneldiode sehr der Fall, wenn alle Tunneldioden sich im Arbeitsstark an und erreicht bei einer Spannung UH einen punktß befinden und die Kippschaltung nicht mehr Maximalwert, den Hügelstrom JH. Mit steigender 35 automatisch umgesteuert wird. In dieser Endstellung Spannung nimmt der Strom wieder ab, erreicht bei muß dann die Ansteuerung wieder über den Eingang der Spannung UT einen Tiefstwert, den Talstrom der Kippschaltung von außen durchgeführt werden. JT, und steigt dann kontinuierlich weiter an. Der In Fig. 2 ist eine aus den Transistoren TrI und Tr2 Hügelstrom JH einer Tunneldiode ist durch verschie- aufgebaute Kippschaltung dargestellt, deren Umdenen Aufbau weitgehend variierbar. Es lassen sich 4° schlagzeit durch den Kondensator C und den Wider-Werte von einigen Milliampere bis zu einigen Ampere stand R bestimmt ist. Im Ausgangszustand ist der erreichen. Dieser Stromwert der Tunneldiode ist Transistor Tr 2 voll leitend, so daß das Relais ReI praktisch temperaturunabhängig. Bei einer bestimm- angesprochen hat. Der negative Ansteuerimpuls am ten Stromeinprägung JE, in Fig. 1 durch eine ge- Eingang E kippt die Schaltung um, der Transistor strichelte Linie angegeben, kann die Tunneldiode 45 TrI wird leitend und der Transistor TV 2 nichtleitend, zwei stabile Arbeitspunkte A und B annehmen. Dies Alle Tunneldioden TD1... TD η werden stromlos, gilt nur, wenn der eingeprägte Strom JE größer ist und der aufgeladene Kondensator C entlädt sich über als der TalstromJT und kleiner als der Hügel- die Widerständet und Al. Nach der Entladung strom JH. Wird der Strom durch die Tunneldiode, wird der Kondensator kurzzeitig mit umgekehrter z. B. vom Punkt A ausgehend, kurzzeitig über den 50 Polarität aufgeladen, dabei wird aber der Transistor Wert des Hügelstromes JH erhöht, dann ändert sich Tr 2 wieder leitend und über die Widerstände R 2 der Spannungsabfall an der Tunneldiode sprungartig und R3 der Transistor TrI gesperrt. Im Ausgangsauf einen Wert, der durch die Größe des Stromes ge- kreis des Transistors Tr 2 beginnt der Strom anzugeben ist. Dieser Spannungsabfall ist aber stets größer steigen. Übersteigt der Strom den Wert des niedrigals die Spannung UB. Fällt der Strom wieder ab, 55 sten Hügelstromes, z. B. den der Tunneldiode TD1, dann kann höchstens der Strom JE fließen, so daß dann tritt an der Reihenschaltung der Tunneldioden sich der Arbeitspunkt B mit der Spannung UB ein- ein Spannungssprung auf, der über den Koppelkonstellt. Dieser Potentialsprung beim Überschreiten des densatorCÄ den Transistor TrI öffnet. In der Zwi-Hügelstromes ist je nach dem Material der Tunnel- schenzeit wurde der Kondensator C, der sich nur diode 0,4 bis 1,0 V. 60 kurzzeitig auf die entgegengesetzte Polarität auf-
Schaltet man mehrere Tunneldioden mit verschie- geladen hatte, wieder auf die Polarität, die durch den
denen Hügelströmen in Reihe, dann erhält man ein Ausgangszustand gegeben ist, voll aufgeladen. Daher
multistabiles Speicherelement. Diese Reihenschal- kann eine erneute Umsteuerung der Kippschaltung
tung aus z. B. η Tunneldioden kann («+1) Zustände erfolgen. Der Entladevorgang des Kondensators wird
annehmen, ausgehend vom Zustand, daß alle Tunnel- 65 wieder eingeleitet. Der Strom im Ausgangskreis des
dioden sich im Arbeitspunkt A befinden, bis zu dem Transistors Tr 2 wird jedoch nicht voll abgeschaltet.
Zustand, daß alle Tunneldioden in den Arbeits- Es fließt immer noch ein Grundstrom JE, der größer
punktS übergegangen sind. Dies wird durch unter- ist als der größte Talstrom, aber kleiner als der
kleinste Hügelstrom der verschiedenen Tunneldioden. Damit ist sichergestellt, daß die in den Arbeitspunkt B gekippten Tunneldioden in diesem Arbeitsbereich verbleiben. Nach jeder Entladung erfolgt die Zurückstellung der Kippschaltung und die Wiedereinleitung der Umsteuerung durch den Spannungssprung an der Tunneldiodenkette. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis auch die Tunneldiode mit dem höchsten Hügelstrom umgekippt ist. Bei der Zurückstellung der Kippschaltung steigt der Strom im Ausgangskreis des Transistors Tr 2 auf seinen Endwert an, und der Indikator, z. B. das Relais ReL spricht an. In diesem Endzustand, d. h. auch gleichzeitig Ausgangszustand, verbleibt die Schaltungsanordnung so lange, bis über den Eingangs eine erneute Ansteuerung erfolgt.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem die Zurückstellung der Kippschaltung nach der Entladung des Kondensators C über einen besonders ausgebildeten Rückkopplungskreis erfolgt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Entladewiderstand R sehr hochohmig gewählt werden kann, da die Energie für die Zurückstellung der Kippschaltung aus einem anderen Kreis entnommen wird. Die Ausgangsstellung ist dadurch gegeben, daß der Transistor Tr 2 leitend und der Transistor Tr 1 nichtleitend ist. In diesem Zustand besitzt der dem Kollektor von Transistor Tr 2 zugewandte Belag des Kondensators C praktisch Nullpotential und der andere Belag praktisch das negative Potential — U. Ein auf den Eingang E gegebener positiver Ansteuerimpuls versetzt den Transistor Tr 2 in den nichtleitenden Zustand. Alle Tunneldioden TD1... TD η werden zurückgestellt. Der Kondensator C beginnt sich zu entladen über die Widerstände R 4 und R. Da R > R 4 ist, ist die Entladezeit praktisch durch den Widerstand 7? gegeben. Während dieser Zeit kann über die Rückkopplungswicklung W1 kein Strom fließen, da die Diode D durch die am Kondensator liegende Spannung gesperrt wird. Erst wenn der Kondensator C vollständig entladen ist und sich danach mit umgekehrter Polarität aufzuladen beginnt, dann wird auch die Diode D leitend, und der Rückkopplungsvorgang wird eingeleitet. Die Kippschaltung wird in ihre Ausgangslage zurückgebracht. Dabei wird der Transistor Tr 1 wieder gesperrt und der Transistor Tr 2 leitend. Damit wird die Aufladung des Kondensators beschleunigt und gleichzeitig die Tunneldiodenkette mit Strom versorgt. Der Stromanstieg in diesem Kreis ist durch eine zusätzliche Induktivität verzögert, so daß der Kondensator C Zeit genug hat, sich wieder voll aufzuladen. Übersteigt nun der Strom den Wert eines Hügelstromes, dann tritt der schon erwähnte Spannungsstoß auf, der über den Kondensatoren und den Transistor TrI die Umsteuerung der Kippschaltung einleitet. Die Entladung des Kondensators beginnt, und der Transistor Tr 2 wird nur so hochohmig, daß im Reihenkreis mindestens noch der erwähnte Grundstrom JE fließt. Die Zurückstellung der Kippschaltung nach der Entladung erfolgt wieder in derselben beschriebenen Art. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Tunneldioden in den dem Arbeitspunkt B entsprechenden Bereich gebracht sind. Eine Indikation kann dann erfolgen, wenn die zusätzliche Induktivität L als Relaiswicklung ausgebildet wird und dieses Relais auf die kurzzeitigen Umsteuerungsströme nicht anspricht. Erst wenn dieser Endzustand erreicht ist, steigt der Strom im Ausgangskreis auf seinen Endwert an und bleibt so lange erhalten, bis durch eine erneute Ansteuerung über den Eingang E wiederum dieselbe Verzögerung dieses Ansteuerimpulses durchgeführt wird.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Ansteuerimpuls die gesamte Verzögerungszeit ansteht und bei dem ein Ausgangssignal erst nach der Verzögerungszeit, die auf ähnliche Weise wie bei den Beispielen nach Fig. 2 und 3 gewonnen wird, auftritt. Das Ausgangssignal bleibt dann auch nur so lange stehen, wie das Ansteuersignal anliegt. Dieses Verhalten der Schaltung wird dadurch erreicht, daß in der Ausgangsstellung der zusätzliche nur einseitig wirkende Rückkopplungsweg unterbrochen ist und die Auswirkungen der regulären statischen Kopplungen der Transistoren TrI und Tr 2 unterbunden ist. Dementsprechend ist der Emitter des Transistors TrI über eine Diode D 5 und einen Widerstand R1 an den negativen Pol der Spannungsquelle — U angeschlossen. Der Steuereingang E befindet sich dabei an der Verbindungsstelle zwischen Diode und Widerstand. Die Widerstände R1 und R 5 sind so bemessen, daß das Emitterpotential von TrI negativer ist als das Basispotential. Dadurch ist die Diode D 3 gesperrt und die zusätzliche statische Rückkopplung in diesem Weg unterbrochen. Die Transistoren sind in diesem Zustand nichtleitend. Beim Transistor Tr 2 bedeutet dies eine entsprechende Stromeinprägung JE, wie schon erwähnt wurde. Gelangt ein positives Steuerpotential an den Eingang E, dann wird die Diode D 5 gesperrt, und durch die damit verbundene Potentialverlagerung am Emitter von TrI wird dieser leitend. Die Diode D 3 bleibt nach wie vor gesperrt. Es folgt nun der Entladevorgang des Kondensators C. Ist dieser vollständig entladen, dann erfolgt der schon erwähnte Kippvorgang, der die Kippschaltung wieder zurückstellt, und durch den Spannungsstoß der Tunneldioden die erneute Umsteuerung. Ist der Endzustand erreicht, dann ist der Transistor Tr 2 leitend, der Transistor Tr 1 nichtleitend. Dabei ist die Diode D 5 stromführend, so daß dieser Zustand so lange erhalten bleibt, bis die Steuerspannung am Eingang ZT weggenommen wird. Erst dann wird die Ausgangsstellung, Transistor TrI nichtleitend und Transistor Tr 2 mit eingeprägtem Grundstrom JE, erreicht.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Zeitglied für sehr lange Zeiten, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Reihenschaltung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen in den Ausgang einer monostabilen Kippschaltung eingefügt ist, daß beim Übergang der Kippschaltung vom getriggerten Zustand in den Ausgangszustand durch den Stromanstieg über den Hügelstrom einer Tunneldiode ein Spannungsstoß erzeugt wird, durch den die Kippschaltung erneut getriggert wird, und daß bei η in Reihe geschalteten Tunneldioden (TDl . . .TDn) nach (n+1) Perioden die Kippschaltung im Ausgangszustand verbleibt und diesen Zustand anzeigt.
2. Zeitglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Reihenschaltung der Tunneldioden auftretende Spannungsstoß über
einen Koppelkondensator (C&) direkt zum Triggereingang (E) der monostabilen Kippschaltung gelangt.
3. Zeitglied nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldioden in den Ausgangskreis der Kippschaltung eingesetzt sind, der im Ausgangszustand stromführend ist.
4. Zeitglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über den einen Zweig (Tr 2) der Kippschaltung aufgeladene zeitbestimmende Kondensator (C) nach der Ansteuerung der Kippschaltung durch einen Steuerimpuls über einen zeitbestimmenden Widerstand (R) entladen wird, daß nach der Entladung des Kondensators eine im Rückkopplungskreis (Wl, W 2) der Kippschaltung liegende Torschaltung (D) geöffnet wird und dadurch die Kippschaltung wieder zurückgestellt wird, daß nach der Rückstellung der Kippschaltung der Kondensator (C) wieder geladen wird und gleichzeitig die Reihenschaltung der Tunneldioden (TD 1... TD n) mit verschiedenen Hügelströmen gespeist wird, daß beim Stromanstieg über den Wert eines Hügelstromes ein Spannungsstoß auftritt, der die Kippschaltung erneut umsteuert und damit die Entladung des Kondensators wieder einleitet, daß bei η in Reihe geschalteten Tunneldioden der Kondensator (C) η-mal wiedergeladen wird und daß nach der letzten Entladung des Kondensators die Kippschaltung in ihre Ausgangslage zurückkehrt und dabei ein Ausgangssignal abgibt.
5. Zeitglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung über einen Übertrager (Wl, W 2) durchgeführt wird.
6. Zeitglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanstieg im Ausgangskreis (Tr2) der Kippschaltung mit den Tunneldioden durch eine Induktivität, z. B. eine Relaiswicklung, verzögert wird.
7. Zeitglied nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitbestimmende Widerstand (R) sehr hochohmig gewählt ist.
8. Zeitglied nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitbestimmende Kondensator (C) so in den Rückkopplungskreis mit einbezogen ist, daß der nach der Umsteuerung fließende Ladestrom die Rückkopplung unterstützt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
1 209 627/211 7.
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