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Schaltungsanordnung auf Transistorbasis für eine stetig bzw. stufenweise
einstellbare Zeitverzögerung eines Signals Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
auf Transistorbasis für eine stetig bzw. stufenweise einstellbare Zeitverzögerung
eines Signals, insbesondere in Steuerschaltungen, wobei die Ausgänge zweier astabiler
Kippschaltungen an den Eingang einer Koinzidenzstufe geschaltet sind, so daß bei
Koinzidenz, insbesondere der negativen Impulse, am Ausgang der Koinzidenzstufe ein
Signal auftritt.
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Um eine Zeitverzögerung in der Größenordnung von Minuten zu erreichen,
kann man nicht mehr auf die Auf- bzw. Entladung eines RC-Gliedes zurückgreifen.
Man benutzt dafür im allgemeinen mechanische Verzögerungseinrichtungen. Bei Verwendung
eines RC-Gliedes gehen die Verlustwiderstände der Kondensatoren zu sehr ein und
setzen den Kapazitätswerten und damit der Zeitverzögerung nach oben eine Grenze.
Andererseits ist der Auf- bzw. Entladewiderstand des RC-Gliedes auf einige Megohm
begrenzt, da dann die Isolationswiderstände der Anordnung die Zeit zu stark beeinflussen
würden. Eine periodische Auf- und Entladung eines Kondensators ist für Zeiten obengenannter
Größenordnung nur schwer verwendbar. Um diese Zeiten zu - verwirklichen, muß man
auf das Impulsprinzip zurückgreifen. So ist es bekannt, einen Kondensator durch
eine Impulsfolge aufzuladen und dann seine Spannung als Auslösekriterium zu verwenden.
Hier ist eine annähernd stetige Regelung der Zeitverzögerung möglich, wenn man die
Impulshöhe sehr klein wählt. Dadurch werden aber große Anforderungen an das Meßglied
für die Kondensatorspannung gestellt. Bekanntlich ist es äußerst schwierig, den
Eingangswiderstand eines Transistormeßgliedes so weit zu vergrößern, daß dem Kondensator
keine Leistung entnommen wird.
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Es ist ferner bekannt, zwei astabile Kippschaltungen verschiedener
Periodendauer und mit einem Tastverhältnis nahe 0 bzw. 1 zu verwenden. Die Kippschaltungen
sind parallel geschaltet, besitzen einen gemeinsamen Eingang und sind an den Ausgängen
durch ein Undgatter zusammengefaßt, das bei-Koinzidenz der kurzzeitigen Ausgangsimpulse
ein Ausgangssignal abgibt. Die Kippschaltungen sollen aus Transistoren aufgebaut
sein, und es wird behauptet, daß die Schaltzeit durch die Änderung der Periodendauer
einer Kippschaltung stetig regelbar ist.
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Es ist ohne zusätzliche Maßnahmen, wie unsymmetrische Auslegung mit-
zusätzlichen Entkopplungstransistoren, schwierig, eine Kippschaltung mit einem Tastverhältnis
von 0 bzw. 1 zu verwirklichen (s. Siemens -Halbleiterschaltbeispiele, 1960, S.71),
die eine exakte Rechteckspannung abgibt. Weiterhin haben Versuche ergeben, daß eine
stetige Regelung der Zeitverzögerung durch die Frequenzänderung nur einer Kippschaltung
nicht möglich ist. Dies soll im folgenden kurz bewiesen werden.
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Die der bekannten Anordnung zugrunde liegende Grundgleichung für die
Koinzidenzbedingung lautet:. ZI - TI = ZII . TII, worin Z, und ZII die Zahl der
Perioden bedeuten. Eine Koinzidenz tritt nur -dann ein, wenn Z, und ZIr jeweils
um eine ganze Zahl verschieden sind. Die der vorgeschlagenen Anordnung zugrunde
liegende Gleichung für die erste Koinzidenz ZI-Zu+ 1 ist jedoch nicht haltbar. Die
ganze Zahl, um die Z, und ZII beim Auftreten der ersten Koinzidenz voneinander verschieden
sind, muß durchaus nicht immer gleich 1 sein. Wählt man z. B. TI = 1 min und TI,
= 1,07 min, dann tritt die erste Koinzidenz auf, wenn Z, = 1,07 und ZII = 100 ist.
Damit wird d Z jedoch 7. Die der vorgeschlagenen Anordnung zugrunde liegende Gleichung
für die erste Koinzidenz ZII - TII - (ZII + 1) TI müßte vielmehr lauten: ZII - TII
- (ZII + Y) - Ti, und damit wird
Erst durch die Definition des Faktors Y kann die Bedingung - ZiI
ganzzahlig - eingehalten werden. Durch ein numerisches Beispiel kann sehr schnell
nachgewiesen werden, daß sich bei einsinniger Verstellung von TI, ganz unterschiedliche
Auslösezeiten ergeben. Eine stetige Regelung der Zeitverzögerung durch die Frequenzänderung
nur einer Kippschaltung ist also nicht möglich. Wie leicht einzusehen ist, ergeben
sich auch bei einer beliebigen Verstellung von TI und Til die gleichen Schwierigkeiten.
Die aufgeführten Tatsachen sind als schwerwiegende Nachteile der vorgeschlagenen
Anordnung anzusehen. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß bei dieser Anordnung,
d. h. im Falle eines gemeinsamen Einganges beider Kippschaltungen schon beim Anlegen
des gemeinsamen Signals eine .Koinzidenz und demzufolge ein unverzögertes Ausgangssignal
an der Koinzidenzstufe auftritt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
auf Transistorbasis für eine stetig bzw. stufenweise einstellbare Zeitverzögerung
zu schaffen, die die vordem beschriebenen Unzulänglichkeiten nicht aufweist. Gelöst
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zur stetigen Regelung der Zeitverzögerung
die Frequenz beider Kippschaltungen gleichzeitig und in einem vorher definierten
Verhältnis einstellbar ist.
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Geht man von der Gleichung ZI - TII - (ZII
+ Y) - TI
aus mit der Voraussetzung TI-C' TII, so ergibt sich ZII -
TII - (ZII + Y) - C - TII, d. h., wird ein festes Frequenzverhältnis
eingestellt, so kann die Periodendauer TI, aus der Gleichung herausgekürzt werden,
ZII, Y und c sind konstant. Die Zeitverzögerung kann somit gemäß der Erfindung dadurch
stetig eingestellt werden, daß die Frequenz beider Kippschaltungen gleichzeitig
und in einem vorher definierten Verhältnis veränderbar ist.
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Vorteilhafterweise besitzen die Kippschaltungen ein Tastverhältnis
von 1/E, und ihre Ausgänge sind über je ein Differenzierglied mit nachgeschaltetem
Gleichrichter an den Eingang der Koinzidenzstufe geschaltet. Durch Sperren der Koinzidenzstufe
im Startmoment wird erreicht, daß beim Einschalten kein unverzögertes Ausgangssignal
abgegeben wird. Der Erfindungsgedanke wird an Hand von Fig.1 und 2 beispielsweise
erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild und Fig. 2 die Impulsfolgen an
den wichtigsten Punkten der Schaltung.
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Die Kippschaltungen K1 und K2 haben einen allgemeinen bekannten Aufbau.
Lediglich durch einen steuerbaren Nebenschluß Ni bzw. N2 wird erreicht, daß im Ruhezustand
beide Kippschaltungen den gleichen Schaltzustand haben. Ist ein Eingangssignal X
vorhanden, lösen die steuerbaren Nebenschlüsse Ni und N2 beide Kippschaltungen zur
gleichen Zeit aus. Die astabilen Kippschaltungen geben eine Impulsfolge nach Fig.
2 ab. Diese Rechteckimpulse werden durch das Glied D1 differenziert, in G1 gleichgerichtet
und gelangen auf das ö-Gatter. Durch das Verzögerungsglied T erreicht man, daß im
Einschaltmoment für eine kurze Zeit t, die größer als die Impulsbreite der Nadelimpulse
ist, die »Und«-Bedingung an der Koinzidenzstufe 8 nicht erfüllt ist.
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Ist dann eine echte Koinzidenz beider Nadelimpulsfolgen vorhanden,
gibt a ein Ausgangssignal ab. Soll die Zeitverzögerung stetig regelbar sein, ist
es nötig, daß beide Kippschaltungen auf solche Frequenzen eingestellt werden, bei
denen sicher Koinzidenz vorhanden ist. Eine Einstellung der Zeitverzögerung erreicht
man dann, wenn beide Kippschaltungen gleichzeitig und in einem vorher definierten
Verhältnis verstellt werden (z. B. durch ein Doppelpotentiometer). Ist keine stetige
Regelung erforderlich, kann man bestimmte Koinzidenzpunkte mit der ihnen entsprechenden
Zeitverzögerung herausgreifen, indem man die Frequenz nur einer Kippschaltung stufenweise
regelt. In diesem Fall wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,
eine Zählschaltung, vorzugsweise rückstellbar, durch die Impulse der in der Frequenz
nicht veränderlichen Kippschaltung zu betätigen. So ist es möglich, die Dauer des
Zeitablaufes festzustellen, auch wenn keine Auslösung erfolgte.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist eine stetige sowie eine in
Stufen einstellbare Zeitverzögerung gewährleistet.