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Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur Vermeidung von Fehlkommandos
nach Unterbrechung der Versorgungsspannungen Zur Speicherung von Steuerbefehlen
bedient man sich Speicherelemente, beispielsweise einer bistabilen Halbleiterkippschaltung.
Diese bistabile Kippschaltung wird durch einen kurzzeitigen Steuerbefehl gekippt
und gibt dann während beliebig langer Zeit am Ausgang ein entsprechendes Signal
ab.
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Bei derartigen Kippschaltungen können nach Ausfall der Versorgungsspannungen
Störerscheinungen dadurch auftreten, daß nach Spannungswiederkehr die Schaltung
in einer falschen Arbeitslage verbleibt. Der nach Spannungswiederkehr eingenommene
Zustand wird durch bereits geringfügige Schaltungsunsymmetrien bedingt. Diese Schaltungsunsymmetrie
kann beispielsweise auch von der Umgebungstemperatur abhängig sein. Eine Kippschaltung,
die durch einen Steuerbefehl eine bestimmte Arbeitslage eingenommen hat, kann somit
nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach einem Spannungsausfall in unkontrollierbarer
Weise entweder die ursprüngliche oder auch eine andere Arbeitslage erhalten. Insbesondere
beim Einsatz solcher Speicherelemente in industriellen Steuerungen bzw. datenverarbeitenden
Maschinen müssen die Speicherelemente so ausgebildet werden, daß sie jeweils die
Lage, die sie vor dem Ausfall der Versorgungsspannungen innehatten, in Erinnerung
behalten und sie auch wieder einnehmen, wenn die Versorgungsspannungen wieder eingeschaltet
werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung bekanntgeworden, bei
der die beiden Arbeitsstromzweige der Kippschaltung durch einen sättigbaren Transformator
mit gegensinniger Wicklungspolung gekoppelt sind. Durch diesen Transformator wird
bezüglich der Kollektorströme in beiden Kreisen eine Unsymmetrie zugunsten des vor
Spannungsausfall zuletzt stromführenden Kreises erzielt.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einer aus Halbleiterelementen aufgebauten
bistabilen Kippschaltung nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen beide Elemente
im ersten Moment Strom ziehen. Erst nach einer bestimmten Zeit kippt die Schaltung
in die eine oder die andere Lage. Durch die induktive Kopplung der auf den Transformator
entgegengesetzt einwirkenden Kollektorkreise ist jedoch bezüglich des Magnetisierungszustandes
des Transformators zwischen beiden entgegenwirkenden Kollektorströmen eine unmittelbare
beiderseitige Abhängigkeit im unerwünschten Sinne vorhanden, die häufig zu Fehlschaltungen
Anlaß gibt. Der Einffuß des Kollektorstromes in einem Zweig auf den Magnetisierungszustand
des magnetischen Bauelementes wirkt dem Einfluß des Kollektorstromes in dem anderen
Zweig unmittelbar entgegen. Geringfügige Schaltungsunsymmetrien bzw. unausgesuchtes
Kernmaterial können deshalb bewirken, daß die wiederkehrende Spannung die Kippschaltung
in die unerwünschte Lage zwingt.
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Eine Anordnung gemäß einem älteren Vorschlag vermeidet die Nachteile
der bekannten Schaltung. Dies wird gemäß diesem Vorschlag dadurch erreicht, daß
den beiden Schaltelementen der Kippstufe je ein sättigbarer Magnetkern mit je zwei
Wicklungen zugeordnet ist, dessen eine Wicklung jeweils in dem Arbeitsstromkreis
des zugeordneten Schaltelementes liegt und dessen andere Wicklung jeweils dann von
einem gegenüber dem im Öffnungszustand durch die Arbeitsstromwicklung des betreffenden
Kernes fließenden Arbeitsstrom entgegengesetzt magnetisierenden Hilfsstrom durchflossen
wird, wenn das zugeordnete Schaltelement gesperrt ist.
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Die Schaltung nach dem älteren Vorschlag hat sich in der Praxis gut
bewährt. Es ist jedoch öfters der Umstand als lästig empfunden worden, daß man bei
dieser Schaltung auf den Wicklungsanfang und das Wicklungsende der magnetischen
Bauelemente achten muß. Da eine diesbezügliche Kennzeichnung nicht immer von dem
Hersteller der Elemente vollzogen wird, ist man gezwungen, diese Kennzeichnung selbst
vorzunehmen, was bei der Vielzahl der verwendeten Kippschaltungen zu einem erheblichen
Mehraufwand führt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung an bistabilen Kippschaltungen zur Vermeidung
von Fehlkommandos bei Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach
vorhergehendem
Ausfall mit zwei getrennten, je einem Schaltelement der Kippschaltung zugeordneten
magnetischen Bauelementen ist nicht an einen bestimmten Wicklungssinn der magnetischen
Bauelemente gebunden.
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Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß jeweils in der Rückführung
der Arbeitselektrode (Kollektor) des einen Schaltelementes auf die Steuerelektrode
(Basis) des anderen Schaltelementes ein magnetisches Bauelement angeordnet ist und
die der Arbeitselektrode abgewandten Anschlüsse der magnetischen Bauelemente über
einen Widerstand verbunden sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich an Hand der
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kippschaltung, die
als Schaltelemente Transistoren 1 und 2 aufweist. Es können natürlich in entsprechender
Weise auch andere Mehrelektrodenschaltelemente bzw. auch Röhren verwendet werden.
Die Kippschaltung kann über ein Diodengatter 16 zweiseitig angesteuert werden. Im
Kollektorkreis der beiden Transistoren liegt jeweils ein Arbeitswiderstand 7, 8
über den jeweils der Kollektor des zugeordneten Transistors mit einer Spannung von
-12 V gegenüber dem Emitter beschickt werden kann. Die Basis der Transistoren 1,
2 ist jeweils über einen Widerstand 5, 6 mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle
verbunden. In den beiden Rückführleitungen, die jeweils von einem Kollektor eines
Schaltelementes auf die Basis des anderen Schaltelementes führen, sind Spannungsteilerwiderstände
3, 4 sowie Dioden 11,12 vorgesehen. Die Dioden bewirken, daß nur Spannungen bestimmter
Polarität auf die Basis übertragen werden. Die Schaltstrecke der beiden Transistoren
ist in vorteilhafter Weise durch einen Kondensator 9,10 überbrückt. Dadurch wird
die obere Grenzfrequenz herabgesetzt und die Kippschaltung unempfindlicher gegenüber
höherfrequenten Störimpulsen.
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Die vorstehend beschriebenen Elemente gehören zu der eigentlichen
Kippschaltung. Diese Kippschaltung arbeitet in bekannter Weise in der Art, daß,
wenn abwechselnd negative Impulse auf die beiden Eingänge E 1 und E 2 gegeben werden,
auch abwechselnd die Transistoren 1 und 2 Strom führen, die Schaltung also von einer
Lage in die andere kippt. An den Ausgangsklemmen A 1, A 2 ändert sich dadurch das
Potential zwischen 0 und -12 Volt.
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Natürlich können auch anders aufgebaute Kippschaltungen verwendet
werden, z. B. mit RC-Kopplung oder solche mit einem Eingang, bei der aufeinanderfolgende
Impulse ein Kippen bewirken usw.
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Zusätzlich zu dieser bekannten Kippschaltung ist gemäß der Erfindung
in den Rückführleitungen jeweils ein magnetisches Bauelement 13, 14, insbesondere
eine Spule mit Eisenkern, dessen Hystereseschleife vorzugsweise zumindest annähernd
rechteckig ist, vorgesehen. Die den Kollektoren abgewandten Anschlüsse dieser Bauelemente
sind über einen Widerstand 15 leitend verbunden.
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Für die folgenden Betrachtungen sei angenommen, daß die Kippschaltung
in einer Lage ist, bei der der Transistor 1 leitend und der Transistor 2 gesperrt
ist. Vernachlässigt man die Restspannung des Transistors 1, so liegt der Punkt A
auf 0-Potential und der Punkt B auf -12 Volt, d. h., Ausgang A 2 hat
L-Signal, der antivalente Ausgang A 1 0-Signal. Über die magnetischen Bauelemente
13, 14 fließt somit ein Strom (Querstrom) von A nach B, dessen Höhe
im wesentlichen durch den Widerstand 15 gegeben ist. Weiterhin fließt über die Widerstände
5 und 3, die Diode 11 und das magnetische Bauelement 14 ein Strom (Rückführstrom
1) vom Anschluß -I-12 Volt nach B sowie ein weiterer Strom (Rückführstrom 2) über
die Widerstände 6 und 4, die Diode 12 und das magnetische Bauelement 13 vom
Anschluß -f-12 Volt nach Punkt A. Im magnetischen Bauelement 14 überlagert sich
der Querstrom mit dem Rückführstrom 1 und gibt diesem Element eine magnetische Vorzugsrichtung
in Pfeilrichtung. In dem magnetischen Bauelement 13 wirkt zwar der Rückführstrom
2 dem Querstrom entgegen, jedoch ist die Schaltung so dimensioniert, daß der Querstrom
größer ist als der Rückführstrom, so daß auch das Bauelement 13 eine magnetische
Vorzugsrichtung in Pfeilrichtung erhält.
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Fällt nun in der vorstehend erläuterten Stellung der Kippschaltung
die Versorgungsspannung aus, so findet die Versorgungsspannung bei Wiederkehr eine
Unsymmetrie zugunsten des zuletzt Strom führenden Pfades vor. Der durch die Elemente
5, 3, 11 und 14 zu fließen beginnende Rückführstrom findet in dem magnetischen Bauelement
14 keinen Widerstand, während der Rückführstrom 2 das Element 13 erst ummagnetisieren
müßte, um die Kippschaltung in die andere Lage zu zwingen. Der Rückführstrom 1 wird
deshalb dominieren und an der Basis des Transistors 1 eine negative Steuerspannung
erzeugen, die diesen Transistor öffnet. Dadurch wird am Punkt A das Potential nach
positiven Werten verschoben, wodurch einmal über die Rückführung der Transistor
2 im sperrenden Sinne beeinflußt wird und zum anderen auch der Querstrom zu fließen
beginnt, der mit dem in gewünschter Weise dominierenden Rückführstrom 1 in derselben
Richtung fließt und die Wirkung eines gegebenenfalls vorhandenen kleinen Rückführstromes
2 auf das Bauelement 13 jedoch zumindest kompensiert. Die Schaltung nimmt somit
wieder die Stellung ein, die sie vor Ausfall der Spannungen innehatte. Wäre die
eigentliche Kippschaltung von Hause aus so unsymmetrisch, daß vorzugsweise der Transistor
2 bei Wiederkehr der Spannungen Strom ziehen würde, d. h. die Kippschaltung eine
Lage einnehmen will, die sie vor Ausfall der Spannungen nicht innehatte; so müßte
einmal der Rückführstrom 2 das Element 13 und außerdem der Querstrom das Element
14 ummagnetisieren. Diese doppelte »Verriegelung verhindert jedoch mit Sicherheit
das Umkippen in die unerwünschte Lage.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist dabei sehr unempfindlich gegenüber
Temperatureinflüssen sowie Streuungen der Transistordaten und der magnetischen Eigenschaften
der Elemente 13,14. Werden Spulen mit Magnetkernen verwendet, so braucht insbesondere
kein Kernmaterial mit rechteckiger Hystereseschleife verwendet zu werden. Die Unsymmetrie
läßt sich vorteilhaft durch Vergrößerung der Windungszahl auf einfache Weise erhöhen.
Es wirkt sich dabei als erheblicher Vorteil aus, daß man beim Aufbau der Schaltung
und beim Austausch der magnetischen Bauelemente nicht auf einen bestimmten Wicklungssinn
der Spulen zu achten hat.
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Vorteilhaft gegenüber dem Bekannten ist weiterhin, daß die magnetischen
Elemente unabhängig voneinander wirken und sich nicht im unerwünschten Sinne gegenseitig
beeinflussen.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße
Schaltung weitgehend unempfindlich gegen unsymmetrische Belastung ist, wie überhaupt
beim Aufbau der Schaltung nicht auf eine genaue Symmetrie geachtet zu werden braucht.
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Die Anwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Speicher ist nicht
auf ein bestimmtes technisches Gebiet beschränkt. Sie kann grundsätzlich überall
dort Anwendung finden, wo Halbleiterkippschaltungen eingesetzt werden. Dies ist
insbesondere neben den datenverarbeitenden Maschinen bei ruhenden industriellen
Steuerungen der Fall, insbesondere bei Folge-bzw. Taktstraßensteuerungen, z. B.
in der Automobilindustrie, bei Zählschaltungen, Steuerung einer Oszillierbewegung
(Werkzeugmaschinen), bei Steuerung von Rüttelformmaschinen, Pressensteuerungen,
Steuerung von Abfüllmaschinen, in der Fördertechnik (Hebezeuge, Aufzugssteuerungen)
usw.