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Elektronische Schaltungsanordnung zur verzögerten Weitergabe eines
Signals Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur verzögerten Weitergabe
eines Signals durch die Aufladung einer RC-Kombination, wobei dem Kondensator ein
steuerbarer Nebenschluß parallel geschaltet ist.
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In Steuerschaltungen und ähnlichem ist es häufig erforderlich, ein
Signal verzögert weiterzuleiten. Dazu ist ein Energiespeicher so anzuordnen, daß
durch ihn eine Verzögerung erreicht wird. Hierfür verwendet man RC-Kombinationen,
Heißleiter, LR-Kombinationen sowie Kippschaltungen (monostabile Kippschaltungen).
Letztere Variante ist aus folgenden Gründen nicht vorteilhaft: Es ist eine Eigenart
dieser Kippschaltungen, daß sie auf Impulse anspricht. Das bedeutet, daß auch Übergangsvorgänge
in der Versorgungsspannung ein Auslösen der Anordnung bewirken. Weiterhin kommt
eine relativ große Wiederbereitschaftszeit - die Zeit, welche vergeht, bis nach
Ablauf einer Zeitverzögerung die Einrichtung bei erneutem Signal unverfälschte Resultate
ergibt (Restladung der Kondensatoren!) - hinzu. Will man eine große Verzögerungszeit
erreichen, werden die Kapazitätswerte verhältnismäßig groß, und man müßte aus Gründen
der Raumeinsparung auf Elektrolytkondensatoren zurückgreifen. Diese haben aber den
Nachteil, daß die Kapazitätswerte stark streuen und temperaturabhängig sind. Verwendet
man ein RC-Glied zur Zeitverzögerung eines Relais, ist es bekannt, daß durch einen
vor das Relais geschalteten Transistor der benötigte Kapazitätswert verkleinert
werden kann. Da aber die Aussteuerung des Transistors nicht leistungslos erfolgt,
ist die Größe des ohmschen Widerstandes der RC-Kombination nach oben hin begrenzt.
Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, als Auf- bzw. Entladewiderstand des RC-Gliedes
die hochohmigen Diodenstrecken des Transistors zu verwenden. Dabei kann man bei
kleinen Kapazitätswerten lange Zeiten erzielen, die aber nicht einstellbar sind.
Weiterhin ist durch die große Temperaturabhängigkeit und die starke Streuung der
Transistordaten eine definierte Zeitverzögerung nur schlecht zu verwirklichen.
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Es bestand also die Aufgabe, eine Einrichtung mit einstellbarer Zeitverzögerung
zu schaffen, wobei auch bei den geforderten langen Zeiten auf die Verwendung von
Elektrolytkondensatoren verzichtet werden kann. Gleichzeitig muß eine Möglichkeit
zur Schnellwiederentladung beim Verschwinden des Signals vorhanden sein. Unter dem
Signal ist hier vorzugsweise die Versorgungsspannung zu verstehen. Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der steuerbare Nebenschluß von der Ausgangsspannung
einer vorzugsweise astabilen Schaltung und einem weiteren, von der Versorgungsspannung
bzw. Signalspannung abgeleiteten konstanten Spannungswert gesteuert wird, daß er
periodisch zwischen den Zuständen »Ein« und »Aus« umschaltet und der Kondensator
sich nach einer e-Funktion auf-, dagegen nach einer linearen Funktion mit annähernd
konstantem Strom auf einen Ladungswert entlädt, der nur geringfügig über dem des
Ausgangszustandes der jeweiligen vorangegangenen Aufladung liegt.
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Die periodische Steuerspannung wird dem Emitter und die konstante
Spannung der Basis des als Nebenschluß wirkenden Transistors über einen Richtleiter
zugeführt.
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Parallel zum Ausgang der astabilen Kippschaltung ist ein Transistor
geschaltet, an dessen Emitter eine von der Signalspannung abgeleitete Teilspannung
angelegt wird.
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Die Basis wird durch einen Spannungsteiler in bekannter Weise so vorgespannt,
daß bei fehlender Signalspannung der Transistor bis in die Sättigung ausgesteuert,
dagegen aber bei vorhandenem Signal sicher gesperrt ist.
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Da der Kondensator durch den sich periodisch ändernden Schaltzustand
des steuerbaren Nebenschlusses periodisch auf- bzw. entladen wird, wobei sich seine
Ladung wesentlich langsamer erhöht als
bei einer einmaligen Aufladung;
ist die Forderung nach geringen Kapazitätswerten auch für längere Zeitverzögerungen
erfüllt. Die Spannung, welche am Ausgang des RC-Gliedes auftritt, wird zu einer
Vergleichsspannung in Beziehung gesetzt. Dabei soll als Vergleichskreis eine der
bekannten und hier nicht näher ausgeführten Kippschaltungen verwendet werden. Eine
Einstellmöglichkeit der Zeitverzögerung ist dann einmal durch den Widerstand R des
RC-Gliedes und zusätzlich durch eine Änderung des Tastverhältnisses der die periodische
Auf- und Entladung steuernden Impulsfolge möglich. Um genau definierte Verhältnisse
zu erreichen, erfolgt die Teilentladung bei annähernd konstantem Strom.
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An Hand der Zeichnungen (Fig. 1 bis 4) soll der Erfindungsgedanke
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße periodische Auf-bzw. Entladung des
RC-Gliedes bei längeren Aufladeimpulsen, Fig. 2 den gleichen Vorgang bei kürzeren
Aufladeimpulsen, Fig. 3 a, 3 b ein Blockschaltbild der Anordnung, Fig. 4 eine schaltungstechnische
Ausführung.
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Der Ablauf eines Vorganges soll zunächst an einem Blockschaltbild
(Fig. 3 a, 3 b) bzw. der Schaltung nach Fig. 4 erläutert werden: Signal x, vorhanden
(s. Fig. 3 a) Das Signal gelangt an das Haupt-RC-Glied 1 und öffnet gleichzeitig
den Nebenschluß 3, welcher die an sich bekannte Impulserzeugerstufe 2 (astabile
Kippschaltung) unwirksam machen würde. Der Hüfs-RC-Kreis 4 hat nur die Aufgabe,
eine schnelle Entladung des Hauptkondensators bei fehlendem Eingangssignal zu garantieren.
Deshalb wird der Eingang des steuerbaren Nebenschlusses 6 über das Überbrückungsglied
5 einem Richtleiter direkt an eine Teilspannung der Signalquelle gelegt. Der als
steuerbarer Nebenschluß 6 dienende Transistor T1 (Fig. 4) wäre also dauernd ausgesteuert.
Die pulsierende Ausgangsgröße x1 der astabilen Kippschaltung 2 wird aber dem steuerbaren
Nebenschluß 6 so zugeführt, daß dieser immer dann den Widerstand oo hat, wenn x1
> x2 ist. Dabei ist x1 die Größe, die dem Emitter und x2 die Größe, die der Basis
des als steuerbaren Nebenschluß 6 wirkenden Transistors zugeführt werden. Der Nebenschluß
wechselt also vom Zustand »Ein« in den Zustand »Aus«, jeweils im Takt der Ausgangsimpulse
der astabilen Kippschaltung. Der Emitterwiderstand RE ist so dimensioniert, d'aß
er einen annähernd konstanten Entladestrom garantiert (Stromgegenkopplung). So entsteht
der Kurvenverlauf nach Fig. 1 bzw. 2. Die Spannung am Kondensator steigt also stufenförmig
an. Wird der Ansprechwert des Vergleichsgliedes erreicht, löst das Relais aus.
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Signal x, = Null (Fig. 3 b) Verschwindet :das Signal schon
vor Ablauf der eingestellten Zeit, wird der Hauptkondensator C1 mit Hilfe des Hilfs-RC-Gliedes
4 und des steuerbaren Nebenschlusses 6 schnell entladen. Die Entlade-Zeitkonstante
des Hilfs-RC-Kreises ist so gewählt, daß seine Ausgangsspannung den als steuerbaren
Nebenschluß 6 wirkenden Transistor T1 (Fig. 4) bis zur völligen Entladung des Hauptkondensators
aussteuert. Der als Überbrückungsglied 5 wirkende Richtleiter hat jetzt den Widerstandswert
annähernd o0. Gleichzeitig muß aber die Wirkung der astabilen Kippschaltung 2 beseitigt
werden, wenn der steuerbare Nebenschluß 6 im Zustand »Ein« für die Dauer der Entladung
von C1 sein soll. Dazu dient die Einrichtung 3, welche durch einen Transistor T2
gebildet wird. Der Transistor T2 ist im Normalfall durch die an seinem Emitterwiderstand
RE 2 anliegende Teilsignalspannung gesperrt. Erst bei fehlender Signalspannung wird
er über den Teiler (RT1/RT2) ausgesteuert, und die dem Emitter des steuerbaren Nebenschlusses
6 zugeführte Spannung ist nahezu Null.
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Die Betätigung der Einrichtung kann durch Zuschalten der Versorgungsspannung
erfolgen. Das Signal wird also in diesem Fall durch die Versorgungsspannung bzw.
einen Teil davon gebildet. Bei dieser Betätigungsart kommt auch die Einrichtung
zur Schnellentladung der RC-Kombination zur Wirkung.
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Wird die Einrichtung durch das L-Signal eines vorgeschalteten logischen
Elements betätigt, ist die Schnellentladung ebenfalls wirksam, aber nicht unbedingt
erforderlich, da bei Nullsignal x1 < x2 am Transistor T1 isst.
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Eine Einstellung der Zeitverzögerung ist einmal über den Widerstand
des Haupt-RC-Gliedes und zum anderen über das Tastverhältnis der astabilen Kippschaltung
möglich. Die periodische Auf- und teilweise Entladung mit konstantem Strom gestattet
es, auch mit relativ kleinen Kapazitätswerten lange Zeiten mit großer Genauigkeit
zu erreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei hat die Diode
Dl, wie schon vorgeschlagen wurde, die Aufgabe, ein Entladen des Hilfskreises über
den Eingangsspannungsbeiler zu verhindern. Die Diode D2 macht das Überbrückungsglied
5 richtungsabhängig.