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Verzögerungsschalter mit sehr kleiner Rückkehrzeit, insbesondere für
Fernsprechanlagen In Anlagen der Fernsprechtechnik und in anderen nachrichtenverarbeitenden
Anlagen ist es vielfach erforderlich, bestimmte Schaltvorgänge zu verzögern. Die
Verzögerung kann nun den Beginn oder das Ende eines Schaltvorganges betreffen. Hierzu
werden sogenannte Verzögerungsschalter verwendet. Bei einem derartigen Verzögerungsschalter
wird ein an seinem Eingang stehendes Eingangssignal mit einer bestimmten Verzögerungszeit
zu seinem Ausgang weitergeleitet. Eine erneute Weiterleitung mit dieser bestimmten
Verzögerungszeit ist danach erst möglich, wenn der Verzögerungsschalter wieder in
seine Ruhelage zurückgekehrt ist. Dies geschieht nach einer sogenannten Rückkehrzeit.
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Legt man beispielsweise einen Verzögerungsschalter zugrunde, bei dem
die Verzögerung durch ein RC-Glied nüt einer nachfolgenden Kippstufe erreicht wird,
so braucht der Kondensator zur Rückladung auf den Ausgangswert eine bestimmte Zeit.
Diese Zeit sei als Rückkehrzeit des Verzögerungsschalters in seinen Ausgangszustand
bezeichnet. Man ist nun bestrebt, diese Rückkehrzeit möglichst klein zu machen.
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Außerdem ist es manchmal erforderlich, von einem am Eingang des Verzögerungsschalters
anstehenden und verzögert weiterzuleitenden Eingangssignals nur dann am Ausgang
desselben ein Ausgangssignal abzugeben, wenn das Eingangssignal noch am Eingang
desselben ansteht; ist es dagegen innerhalb der Verzögerungszcitspanne verschwunden,
so soll kein Ausgangssignal geliefert werden.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, wie dies zu erreichen ist. Die Erfindung
bezieht sich demnach auf einen Verzögerungsschalter, der ein an seinem Eingang anstehendes
Eingangssignal mit einer gewünschten Verzögerungszeit zu seinem Ausgang weiterleitet
und eine erneute Weiterleitung mit der gewünschten Verzögerungszeit schon nach einer
dagegen sehr kleinen Rückkehrzeit vornehmen kann, unter Verwendung von zwei in Kette
geschalteten Teilverzögerungsschaltern mit Teilverzögerungszeiten, deren Summe gleich
der gewünschten Verzögerungszeit ist. Dieser Verzögerungsschalter ist dadürch gekennzeichnet,
daß die in den Teilverzögerungsschaltern enthaltenen Verzögerungsglieder bereits
am Ende der jeweils erreichten Teilverzögerungszeit in den Ausgangszustand zurückgeführt
werden und außerdem bei Wegnahme des Eingangssignals innerhalb der Verzögerungszeitspanne
vom Eingang des Verzögerungsschalters die Abgabe eines Ausgangssignals am Ausgang
desselben verhindern.
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An Hand der Fig. 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Schaltung eines in diesem Zusammenhang verwendbaren Teilverzögerungsschalters,
der unter Verwendung der Grundschaltung eines bekannten Multivibrators mit einem
galvanischen und einem kapazitiven Rückkopplungsweg aufgebaut ist. Dieser Multivibrator
ist mit zwei Transistoren TI und T2 aufgebaut. Die Kollektorelektroden der beiden
Transistoren Tl und T2 sind über je einen Widerstand R 12 und R 22 mit einer
Spannungsquelle - M 3
verbunden, an die über einen Widerstand
R 0
und eine in ihrer Wirkungsweise unten näher erläuterte Diode
D 1 auch die Basiselektrode des Transistors Tl angeschlossen ist. An die
Basis des Transistors Tl ist außerdem die eine Belegung des Rückkopplungskondensators
C angeschlossen, dessen andere Belegung über einen Widerstand R
25 mit der Spannungsquelle - U 3 und außerdem über eine Diodee
D 2 mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden ist. Um dabei den Einfluß
der über den Transistor T 1
fließenden Sperrströme auf den Ladungszustand
des Kondensators C zu verringern und damit eine möglichst gute Genauigkeit
der Verzögerungszeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, in die Verbindung zwischen
der Basis des Transistors T 1 und der zugehörigen Belegung des Rückkopplungskondensators
C eine Diode D 1 einzufügen, wie dies in der Fig. 1 gezeigt
wird. Ein definiertes Sperrpotential - U 1 kann der Basiselektrode
dabei über den Widerstand R 11 zugeführt werden. Die Basis des Transistors
T2 liegt an dem Abgriff eines zwischen der Kollektorelektrode des Transistors T
1 und einer Spannung + U liegenden Spannungsteilers, der aus dem Widerstand
R 13
und R 21 besteht. Die Emitterelektrode des Transistors Tl liegt
auf einem Potential -U2; die Emitterelektrode des Transistors T2 weist ein
Potential
Uo auf. Weiterhin ist an den Kollektor des Transistors
T2 die Ausgangsklemme 22 des den Teilverzögerangsschalter bildenden Multivibrators
angeschlossen, während die Eingangsklemme 11 dieses Multivibrators mit der
zur Basis des Transistors Tl führenden Belegung des Rückkopplungskondensators
C verbunden ist.
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Die jeweiligen Änderungen des Betriebszustandes des Multivibrators
nach Fig. 1 können beispielsweise, durch die jeweilige Betätigung eines (in
der Fig. 1
nicht dargestellten) Schälters bewirkt werden, über den dem Eingang
11 des Multivibrators ein Steuerpotential Uo zugeführt Wird. Zur näheren
Erläuterung der Wirkungsweise des Multivibrators sei zunächst angenommen, daß an
der Eingangsklemme 11 dieses Potential Uo herrsche. Dieses Potential mag
höher sein als das am Einitter des Transistors Tl herrschende Potential
- U 2, so daß sich der Transistor T2 im leitenden Zustand befindet. Wenn
nun das Potential Uo an der Eingangsklemme 11 verschwindet und statt dessen
das entgegengesetzte Potential Uo, dessen Wert beispielsweise dem Wert der Spannung
- U3 entsprechen mag, auftritt, so führt dieser Schaltvorgang zu einer
Aufladung des bisher entladenen Kondensators C. Der Aufladestrom fließt dabei
über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T2, die Diode D2 und den
Widerstand RO. Nach einer definierten Verzögerungszeitspanne gelangt dabei die über
die Diode D 1 mit der Basis des Transistors Tl verbundene Belegung des KondensatorsC
auf ein das Emittelpotential des Transistors Tl unterschreitendes Potential, wodurch
der Transistor Tl geöffnet wird. Die hierdurch bewirkte Potentialänderung am Kollektor
dieses Transistors T 1
wirkt sich über den Rückkopplungswiderstand
R13
auf die Basis des Transistors T2 aus, der damit gesperrt wird. Damit ändert
sich auch das an der Ausgangsklemme 12 des Multivibrators nach Fig. 1 herrschende
Potential. Diese Zustandsänderung von dem Ruhepotential Uo auf das Arbeitspotential
- U 3, die infolge der entkoppelnden Wirkung der Diode D2
unabhängig
von der Potentialänderung der zugehörigen Kondensatorbelegung ist und daher sprunghaft
vor sich geht, tritt, #wie gesagt, mit einer gewissen Verzögerung gegenüber dem
auslösenden Schaltvorgang, nämlich dem Verschwinden des Eingangspotentials Uo, auf.
Wird dagegen das Eingangspotential Uo wieder eingeschaltet, so wird unverzüglich
der Transistor Tl gesperrt und über den Entkopplungswiderstand R13 der Transistor
T2 wieder geöffnet. Die damit verbundene Änderung des Potentialzustandes vom Arbeitspotential
-U3 auf das Ruhepotential Uo an der Ausgangsklemme 12 tritt also gleichzeitig
mit dem sie auslösenden Schaltvorgang an der Eingangsklemme 11 auf.
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Damit der oben geschilderte Zyklus gegebenenfalls sofort von neuem
beginnen kann, ist es erforderlich, daß der Kondensator C sich im entladenen
Zustand befindet. Um diesen Zustand möglichst schnell herbeizuführen, ist es zweckmäßig,
an die mit dem Kollektor des Transistors T2 verbundene Belegung des Kondensators
C eine Begrenzerschaltung, bestehend aus einer Diode D 3 und einer
Spannungsquelle - U 2, anzuschließen. Durch diese Begrenzerschaltung
wird bewirkt, daß die rechte Belegung des Kondensators C nach dem übergang
des Transistors T2 in den Sperrzustand das auch von der linken Belegung angenommene
Potp-ntial -U2 annimmt, womit der Kondensator C also in den entladenen
Zustand gelangt.
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Die Entladung des Kondensators C beginnt in dem Augenblick,
in dem der Multivibrator nach Fig. 1
vom Ruhe- in den Arbeitszustand gelangt.
Der Entladestrom fließt dabei über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Tl,
die Diode Dl und den Widerstand R25. Um den Transistor T2 nicht unnötig stark
zu belasten, kann es zweckmäßig sein, den Widerstand R25 relativ hochohmig zu machen;
dies bringt jedoch eine entsprechend hohe Entladezeitkonstante mit sich. Um dennoch
die für die Entladung des Rückkopplungskondensators C erforderliche Zeitspanne
hinreichend klein zu halten und alsbald nach dem Wiederanschalten des dem Ruhezustand
entsprechenden Potentials Uo am Eingang 11
den ursprünglichen Zustand des
Kondensators C
wiederherzustellen, kann ein zusätzlicher Entladungsstromkreis
vorgesehen werden, der beim Wiederanschalten des Potentials Uo wirksam wird. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich wird, ist zu diesem Zweck die rechte Belegung des
Kondensators C über einen Richtleiter D3 und gegebenenfalls einen
passend gewählten, niederohmigen Widerstand R24 mit einer Potentialquelle Uo verbunden.
Der Richtleiter D 4 befindet sich so lange im Sperrzustand, wie das Potential
der rechten Belegung des Kondensators C den Wert Uo nicht überschreitet.
Dies ist während der Aufladung des Kondensators, bei der die linke Belegung von
dem Potential Uo auf das Potential - U 2 gelangt und die rechte Belegung
auf dem Potential Uo verbleibt, und zunächst auch während der Entladung, bei der
das Potential der rechten Belegung des Kondensators C
dem Wert -U2
zustrebt, der Fall. Wenn nun noch vor Beendigung der Entladung das Potential Uo
wieder an den Eingang 11 des Multivibrators und damit auch an die linke Belegung
des Kondensators C
angeschaltet wird, kommt es zu einer sprunghaften Verschiebung
des Potentials der rechten Kondensatorbelegung, wobei der Wert Uo unterschritten
wird. Der Richtleiter D4 wird daher durchlässig und öffnet damit einen zusätzlichen
Entladestromweg' so daß der Kondensator C nunmehr sehr rasch in den entladenen
Zustand gelangt.
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Fig. 2 zeigt nun die erfindungsgemäße Kettenschaltung zweier Teilverzögerungsschalter.
Diese sind in der Weise angeordnet, daß der Ausgang A 1 des ersten Teilverzögerungsschalters
mit dem Eingang E2
des zweiten verbunden ist. In Fig. 3 ist der zeitliche
Verlauf von eingangsseitig anstehenden Eingangssignalen und den sich daraus ergebenden
Signalen an den Ausgängen beider Teilverzögerungsschalter dargestellt.
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Dabei zeigt Fig. 3 a den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals
Se 1, Fig. 3 b das Signal Sa 1 hinter dem ersten Teilverzögerungsschalter
Y 1, Fig. 3 c das Signal Sa 2 am Ausgang des zweiten Teilverzögerungsschalters
V2 und damit am Ausgang des gesamten Verzögerungsschalters.
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Es sind der einfacheren Darstellung wegen Teilverzögerungssehalter
angenommen, bei denen das Verhältnis von Verzögerungszeit zur Rückkehrzeit bei beiden
Teilverzögerungsschaltern gleich ist.
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Es werden nun die Funktionsabläufe eines an den Eingang de# Kettenschaltung
gemäß Fig. 2 gelegten Eingangssignals Se 1 und den sich daraus an den Ausgängen
der beiden Teilverzögerungsschalter ergebenden Signalen betrachtet. Tritt nun gemäß
Fig. 3 a am
Eingang El des ersten Teilverzögerungsschalters
Vl das Signal Se 1 auf, so wird nach der Teilverzögerungszeit tv
1 am Ausgang dieses ersten Teilverzögerungssehalters V 1 ein Signal
Sa 1 geliefert (s. Fig. 3 b).
Dieses Signal wird jetzt dem Teilverzögerungsschalter
V2 zugeführt. Nach der Teilverzögerungszeit tv 2 wird schließlich am Ausgang des
zweiten Teilverzögerungsschalters V2 das Signal Sa2 geliefert, welches zugleich
das mit der gewünschten Verzögerungszeit tvg zu liefernde Ausgangssignal darstellt.
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Das Auftreten des Eingangssignals wird in der betreffenden Figur durch
einen negativen Sprung in der betreffenden Kurve dargestellt. hingegen wird das
Auftreten eines Ausgangssignals in der betreffenden Figur durch einen positiven
Sprung in der betreffenden Kurve dargestellt. Es kann sich hierbei z. B. um Spannungs-
oder Stromsprünge handeln. Die Summe der Verzögerungszeiten der beiden Teilverzögerungsschalter
ergibt die gewünschte Verzögerungszeit des gesamten Verzögerungsschalters.
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Die Fig. 3d und 3e zeigen den zeitlichen Spannungsverlauf an
den die Teilverzögerungszeiten bestimmenden Kondensatoren (s. Kondensator
C in Fig. 1). In Fig. 3 d ist der zeitliche Spannungsverlauf
am Kondensator des ersten Teilverzögerungsschalters Vl und in Fig. 3e jener am Kondensator
des zweiten Teilverzögerungsschalters V2 dargestellt.
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NEt dem Auftreten eines Eingangssignals beginnt zunächst die Ladung
des Kondensators des ersten Teilverzögerungsschalters Vl. Nach der durch die Zeitkonstante
dieses Teilverzögerungsschalters (C - R 0
gemäß Fig
1) bedingten Teilverzögerungszeit steht am Ausgang A 1 ein Signal
Sa 1 zur Verfügung, d. h., der den Teilverzögerungsschalter
bildende Multivibrator ist infolge Wegnahme der Eingangsspannung (Auftreten des
Eingangssignals) in seinen anderen Zustand, in den stabilen Zustand, übergegangen.
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Durch das Auftreten dieses Ausgangssignals Sa 1
ist jetzt
die Ladung des Kondensators des zweiten Teilverzögerungsschalters V 2 bedingt.
Nach der durch die Zeitkonstante dieses Teilverzögerungsschalters bedingten Teilverzögerungszeit
tv2 steht am Ausgang A 2 dieses Teilverzögerungsschalters und damit
am Ausgang des gesamten Verzögerungsschalters ein Signal Sa2 zur Verfügung.
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Während der Ladung des Kondensators des zweiten Teilverzögerungssehalters
V2 hat sich bereits der Kondensator des ersten Teilverzögerungsschalters Vl entladen.
Nach der Abgabe eines Signals Sa2 am Ausgang A 2 des zweiten Teilverzögerungsschalters
V2 und damit am Ausgang des gesamten Verzögerungsschalters beginnt die Rückladung
des Kondensators des zweiten Teilverzögerungsschalters V2. Verschwindet zu dem Zeitpunkt,
zu dem ein Signal Sa2 am Ausgang A 2 des gesamten Verzögerungsschalters abgegeben
wird, das Eingangssignal Se 1, so wird sich der bereits entladene
Kondensator des ersten Teilverzögerungsschalters Vl wieder aufladen, während diese
Zeit ausreicht, den noch geladenen Kondensator des zweiten Teilverzögerungsschalters
V2 in seinen Ausgangszustand zurückzuführen.
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Soll also ein Ausgangssignal Sa2 bei vorhandenem Eingangssignal Sel
abgegeben werden, so ist der frühestmögliche Zeitpunkt, an dem das Eingangssignal
wieder verschwinden kann, durch die Teilverzögerungszeit tv2 und damit durch die
Ladezeit des Kondensators des zweiten Teilverzögerungsschalters V2 gegeben. Der
in der Fig. 3 dargestellte Fall ist jedoch nicht auf die vorstehend erwähnte,
kürzestmögliche Dauer des Eingangssignals Sel abgestellt, da das Eingangssignal
Se 1 noch während der Abgabe eines Ausgangssignals Sa2 ansteht. Infolgedessen
sind die Kondensatoren beider Teilverzögerungssehalter bereits wieder entladen,
wenn das Eingangssignal Se 1 verschwindet.
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Legt man die Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung
zugrunde, so wird nach Wegnahme des Eingangssignals Sel wieder Spannung an den Eingang
des ersten Teilverzögerungsschalters und damit an die Basis des Transistors Tl des
diesen Teilverzögerungsschalter bildenden Multivibrators gelegt. Da diese Spannung
gegenüber der Emitterspannung - U 2 positiver ist, wird der bisher leitende
Transistor Tl gesperrt. Demzufolge tritt am Kollektor desselben Transistors Tl ein
negativeres Potential auf, welches über den Widerstand R13 an der Basis des Transistors
T2 liegt und somit diesen bisher gesperrten Transistor leitend macht. Dadurch ergibt
sich nun das Ansteigen des Potentials am Kollektor dieses Transistors, was zur gleichen
Wirkung bei dem folgenden Teilverzögerungsschalter führt wie das an den Eingang
des ersten Teilverzögerungsschalters angelegte Potential.
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Dieser Vorgang, das Zurückführen der die beiden Teilverzögerungsschalter
bildenden Multivibratoren in ihren Ausgangszustand, geht dabei so schnell vor sich,
daß sofort wieder ein neues Eingangssignal angelegt werden kann. Die trotzdem vorhandene
endliche Zeit ist dabei so klein, daß sie in der Darstellung gemäß Fig.
3 nicht berücksichtigt wurde. Sie ist darüber hinaus nicht mit der eigentlichen
Rückkehrzeit des Verzögerungsschalters, die durch die Rückladezeiten der die Teilverzögerungszeiten
bestimmenden Glieder definiert ist, identisch. Deshalb kann die Pause P zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Eingangssignalen sehr klein gemacht werden.
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Die Erfindung zeigt also einen Weg, das Verhältnis von Impulsdauer
zu Impulspause besonders groß machen zu können.