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Relaislose Verzögerungsschaltung mit Transistoren Der Erfindung ist
die Aufgabe gestellt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein Eingangssignal
in Form eines Spannungssprunges nach einer wählbaren Mindestdauer dieses Signals
als Ausgangssignal an einen Verbraucher weiterleitet und bei Beendigung des Eingangssignals
sofort auch das Ausgangssignal verschwinden läßt.
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Es ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Verzögerung eines Schaltvorganges
über einen Widerstand ein Kondensator aufgeladen wird. Die am Kondensator abgegriffene
Spannung wird zur Steuerung eines Verstärkerelementes benutzt. Der Kondensator kann
dadurch rasch entladen werden, daß ein ihm parallel liegender elektronischer Schalter
in den leitenden Zustand versetzt wird. Die bekannte Anordnung dient als Demodulationseinrichtung,
mit deren Hilfe eine zeitmodulierte Impulsfolge in amplitudenmodulierte Spannungsschwankungen
umgewandelt werden kann. Die bekannte Schaltungsanordnung kann jedoch nicht zur
Lösung der dem Erfindungsgegenstand gestellten Aufgabe beitragen. Insbesondere kann
damit nicht ein Impuls, der eine vorbestimmte Länge überschreitet, verzögert an
eine nachgeschaltete Einrichtung weitergegeben werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine relaislose Verzögerungsschaltung
mit Transistoren und mit einem RC-Glied, dessen Kondensator im Ruhezustand-.-durch
ein Schaltelement kurzgeschlossen ist und die Ladespannung des Kondensators ein
Verstärkerelement aussteuert. Ihr kennzeichnendes Merkmal besteht darin, daß ein
durch ein Eingangssignal direkt gesteuertes zweites Schaltelement die Ausgangsklemmen
eines von dem Verstärkerelement gesteuerten bistabilen Schaltkreises bei nicht vorhandenem
Eingangssignal kurzschließt.
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Dadurch, daß mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes ein Eingangssignal
nur seinem Beginn nach verzögert, sein Ende jedoch unverzögert weitergegeben wird,
ist es möglich, eine nachgeschaltete Einrichtung so zu steuern, daß sie nur bei
einer bestimmten Länge des Eingangssignals anspricht und sofort wieder den Ausgangszustand
einnimmt, wenn das Eingangssignal ausbleibt. Diese Eigenschaft erweist sich als
vorteilhaft bei Schutzeinrichtungen, die nicht schon bei ganz geringen Störungen
ansprechen sollen. Nach Ablauf der Störung soll sofort der ursprüngliche Schaltzustand
wiederhergestellt werden, ohne daß eine weitere Zeitverzögerung in Erscheinung tritt.
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Die angegebene Schaltung kann in elektronischen Rechengeräten und
überwachungssteuersystemen verwendet werden. Bei diesen Anwendungen werden oft eine
große Anzahl der gleichen Schaltungen benötigt, und es ist deshalb von großer Wichtigkeit,
daß die einzelne Schaltung im Betrieb, nur eine geringe Wärmeentwicklung aufweiset.
Dies wird erreicht durch die Verwendung von Transistoren. In Überwachungssteuersystemen
würde eine Vielzahl von benötigten Vorspannungsquellen einen zu großen Aufwand bedeuten.
Es ist deshalb ein besonderer Vorzug der Erfindung, nur eine Vorspannungsquelle
zu benötigen. Als ein Element der Schaltung nach der Erfindung wird ein direkt gekuppelter
Multivibrator verwendet, der von einem stabilen Zustand in den anderen kippt, wenn
eine kleinere als vorbestimmte Spannung zwischen zwei Steuerklemmen des Multivibrators
auftritt. Er soll in seinen ersten stabilen Zustand zurückkippen, wenn seine Ausgangsklemmen
kurzgeschlossen werden. Einen weiteren Teil dieser erfindungsgemäßen Anordnung stellt
einen Verzögerungskreis dar, der einen in Serie mit einem Widerstand verbundenen
Kondensator einschließt und der den direkt gekuppelten bistabilen Multivibrator
vom ursprünglichen stabilen Zustand in den anderen umsteuert.
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Sowohl der Kondensator im RC-Glied als auch die Ausgangsklemmen des
Multivibrators sind im Ruhezustand, d. h. ohne Eingangssignale kurzgeschlossen.
Nach dem Eintreffen eines Eingangssignals werden beide Kurzschlüsse aufgehoben,
und der Konden-
Bator lädt sich auf, um den Multivibrator bei Erreichen
einer bestimmten Spannung nach einer vorbestimmten Zeitspanne in seinen zweiten
stabilen Zustand zu überführen. Dann erscheint eine Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen
des Multivibrators. Wenn das Eingangssignal ausbleibt, werden die Kurzschlüsse am
Kondensator und an den. Ausgangsklemmen des Multivibrators wiederhergestellt und
so der Kondensator entladen und gleichzeitig der Multivibrator in seinen Ursprungszustand
zurückgeführt. Weitere Eigenschaften dieser Erfindung ergeben sich an Hand der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, deren einzige Figur eine schematische
Darstellung einer vorzugsweisen Verwirklichung der Erfindung darstellt.
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In der Zeichnung ist ein kreuzgekoppelter Multivibrator 35 dargestellt.
Dieser Multivibrator besteht aus zwei Transistoren 41 und 49, die
als. Typ p-n-p dargestellt sind. Die Kollektorspannung kommt von einer Spannungsquelle
23, die mit Kollektoren 43 und 53 der Transistoren 41 und 49 durch Widerstände 37
und 39 verbunden ist.
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Die Basiselektrode 51 des Transistors 49 ist direkt mit dem Kollektor
43. des Transistors 41 verbunden, und die Basiselektrode 45 des Transistors 41 ist
direkt mit dem Kollektor 53 von Transistor 49 verbunden. Die Emitter
47 und 55 sind, wie dargestellt, geerdet. Die Arbeitsweise des Multivibrators wird
als bekannt vorausgesetzt, weshalb hier auf eine Beschreibung verzichtet wird. Es
wird jedoch darauf hingewiesen, daß festgestellt wurde, daß jede Art von Flächentransistor
zufriedenstellend arbeitet.
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Um zu erreichen, daß der Multivibrator 35 bei Anlegen der Speisespannung
in einen bestimmten Schaltzustand kommt, überbrückt eine Kapazität 25 den Widerstand
37. Wenn die Spannung der Quelle 23 zum ersten Mal an den Stromkreis angelegt wird,
steigt die Spannung an der Basis 51 bedeutend schneller an als an Basis 45, so daß
der Transistor 49 als erster in den leitenden Zustand versetzt wird. Die Notwendigkeit
dieser Maßnahme wird später erläutert.
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Die Haupteinstellelemente für den Verzögerungsstromkreis werden von
einem Widerstands-Kapazitäts-Kreis in T-Schaltung an der Spannungsquelle 23, bestehend
aus dem regelbaren Widerstand 7, dem regelbaren Widerstand 21 und regelbarem Kondensator
19, gebildet. Widerstand 17 ist ein Strombegrenzungswiderstand und hat im Verzögerungsstromkreis
eine nur unwesentliche Wirkung bei normalen Betriebsbedingungen. Der Verbindungspunkt
zwischen den Widerständen 7 und 21 ist durch den Kondensator 19 in Serienschaltung
mit dem Strombegrenzungswiderstand 17 geerdet. Dieser Verbindungspunkt ist auch
mit der Kollektorelektrode 1.3 eines Transistors 9 verbunden. Große Verzögerungsänderungen
werden bewirkt durch stufenweises Verstellen des Kondensators 19, während die Feineinstellung
durch Verstellen der Widerstände 7 und 21 durchgeführt wird. Die untere Grenze des
Widerstandswertes der Widerstände 7 und 21 wird durch die Belastungsfähigkeit der
Transistoren 9 und 27 bestimmt, während die obere Grenze von dem geringsten
Basisstrom, der erforderlich ist, um Transistor 27 zu sättigen, bestimmt wird.
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Ein Flächentransistor 27 ist mit Transistor 41 parallel geschaltet,
um den Multivibrator 35 in denjenigen stabilen Zustand zu versetzen, bei dem der
Transistor 41 leitend und der Transistor 49 nichtleitend ist, wenn
die am Kondensator 19 liegende Spannung einen bestimmten Wert erreicht. Die Emitter
31 und 47 der Transistoren 27 bzw. 41 sind geerdet, und die Kollektoren 33 und 43
sind miteinander verbunden. Die Basiselektrode 29 des Transistors 27 ist mit dem
Einstellwiderstand 21. verbunden.
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Der Schalttransistor 9, der ein Flächentransistor vom Typ p-n-p
sein kann, dient dem Zweck, einen praktischen Kurzschluß für den Kondensator 19
zu liefern, wenn dies erforderlich ist. Der Kollektor 13 ist mit dem Verbindungspunkt
der Widerstände 7 und 21 und des Kondensators 19 verbunden, während der Emitter
15 geerdet ist. Es ist weiter zu beachten, daß die Hauptfunktion des Widerstandes
17 ist, den Strom zu begrenzen, der durch den Transistor 9 fließt, wenn sich der
Kondensator 19 über den Emitter-Kollektor-Stromweg des Transistors 9 entlädt.
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Eine Eingangssignalquelle 1 ist zwischen die Basis 11 des Transistors
9 und Erde geschaltet. Der Transistor 9 ist normalerweise durch die Spannungsquelle
23, deren negative Elektrode mit der Basis 11 über den Widerstand 5 verbunden ist,
vorgespannt auf volle Kollektorstromleitung. Die Signalquelle 1 ist so eingerichtet,
daß sie die Basis 11 im wesentlichen an Erdpotential legt, um den Transistor
zu sperren.
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Die Ausgangsspannung der Gesamtanordnung liegt an den Emitter- und
Kollektoranschlüssen des Transistors 49. Wenn dieser Transistor gesperrt wird, dann
ist die Spannung, die an den Ausgangsanschlüssen 65 und 67 auftritt, gleich dem
Spannungsabfall zwischen Emitter 47 und Basis 45 des Transistors 41,
der hervorgerufen wird, durch den Teil des Stromes in Widerstand 39, der durch die
Basis 45 des Transistors 41 fließt. Eine Last 69 ist mit den Ausgangsanschlüssen
65 und 67 verbunden. Die Last kann vom Eingangsstromkreis der folgenden Stufe oder
von irgendeiner anderen Schaltungsanordnung gebildet sein, für die eine Schaltverzögerung
vorgesehen werden muß.
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Zum Zweck des Umsteuems des Multivibrators 35 'aus dem Zustand, in
dem Transistor 49 nichtleitend ist, in den Zustand, in. dem er leitend und
Transistor 41 nichtleitend ist, ist ein Transistor 57 (dargestellt als Flächentransistor
vom Typ p-n-p) mit Kollektoranschluß 63, der direkt mit Ausgangsanschluß 65, und
Emitteranschluß 61, welch letzterer mit dem Ausgangsanschluß 67 verbunden ist, vorhanden.
Anschluß 67 ist geerdet. Basiselektrode 59 des Transistors 57 ist mit der Basiselektrode
11 des Transistors 9 verbunden, so daß beide Transistoren 57 und 9 durch eine Signalquelle
1 gleichzeitig leitend oder gleichzeitig nichtleitend gemacht werden. In leitendem
Zustand stellt Transistor 57 zwischen Basis 45 und Emitter 47 einen Kurzschluß her,
um den Multivibrator 35 in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen, wobei Transistor
41 gesperrt und Transistor 49 im Sättigungszustand ist.
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Es wird nun zuerst angenommen, daß die Signalquelle 1 Punkt
3 leitend mit Erde verbindet, solange keine Eingangsspannung auftritt, und daß die
Spannungsquelle 23 angeschlossen ist. Es erscheint dann keine Ausgangsspannung an
den Anschlüssen 65 und 67 auf Grund der Tatsache, daß Transistor 57 leitend ist
und Transistor 49 mit dazu beiträgt, die Spannung, die an den Ausgangsanschlüssen
liegt, auf ein Mindestmaß zu verringern. Wenn die Anwendung
der
Zeitverzögerungsschaltung den Transistor 57 nicht benötigt, tritt im Anfangszustand
der Anordnung keine Spannung an den Ausgangsanschlüssen auf, da der Kondensator
25 vorhanden ist. Kondensator 19 ist völlig entladen, da er vom Transistor 9 wirksam
kurzgeschlossen ist.
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Es wird nun angenommen, daß ein Signal der Signalquelle 1. den Kollektorstromfluß
durch die Transistoren 9 und 57 unterbricht. Kondensator 19 beginnt sich zu laden,
und der Stromfluß durch Transistor 27 steigt allmählich an, während die an Kondensator
19 liegende Spannung zunimmt. Die Spannung zwischen Emitter 31 und Kollektor 33
nimmt allmählich ab, bis ein Punkt erreicht ist, an dem der durch Transistor 49
fließende Strom anfängt sich zu verringern. Zu diesem Zeitpunkt tritt ein plötzlicher
Übergang in den Leitungszuständen der Transistoren 49 und 41 ein, wobei der
Transistor 49
fast sofort nichtleitend wird, so daß die Ausgangsspannung an
den Ausgangsanschlüssen 65 und 67 erscheint. Wenn die Spannung der Signalquelle
verschwindet, werden die Transistoren 9 und 57 wiederum bis zur Kollektorstromsättigung
leitend, Kondensator 19 entlädt sich über Transistor 9, und Transistor 57 versetzt
Multivibrator 35 zurück in seinen ursprünglichen Leitungszustand. Die Anschlüsse
65 und 67 werden wiederum kurzgeschlossen, und es erscheint an ihnen eine Ausgangsspannung,
die im wesentlichen gleich Null ist.
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Es wurde festgestellt, daß die Wärmeerzeugung des oben beschriebenen
Verzögerungsstromkreises etwa 50 Milliwatt beträgt, was eine beträchtliche Verminderung
gegenüber den bisher bekannten Anordnungen bedeutet. Die gesamte Anordnung kann"
in einem Raum untergebracht werden, der nicht größer ist als 12 ccm. Ferner wird
nur eine einzige Spannungsquelle für die gesamte Anordnung benötigt. Es wurde festgestellt,
daß der Stromkreis im Betrieb völlig zuverlässig ist und eine genau einstellbare
Verzögerung ermöglicht.
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Die folgenden Werte der Stromkreisteile wurden als völlig zufriedenstellend
im Betrieb ermittelt, obwohl sich natürlich von selbst versteht, daß diese Werte
nur Beispiele sind und durch andere Werte ersetzt werden können:
| Widerstand 5 ...... 1000 Ohm |
| Widerstand 7 ...... 6500 Ohm |
| Widerstand 17 ..... 100 Ohm |
| Widerstand 21 ..... 6800 Ohm |
| Widerstände 37 |
| und 39 ......... 1000 Ohm |
| Kondensator 19 .... 150 bis 1500 @F |
| Tantalkondensator |
| Kondensator 25 .... 470 VF |
| Vorspannungs- |
| quelle 23 ....... « 3 Volt |
| Transistoren 9, 27, |
| 41, 49 und 57 ... Typ CK-722 |
Obgleich die in der vorangegangenen Beschreibung dargelegte Ausbildung der Erfindung
vorgezogen wird, sind dem Fachmann weitere Abwandlungen klar, die nicht außerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung fallen.