DE1151837B - Schaltungsanordnung zur Erkennung von Impulsen, die eine bestimmte Mindest-dauer ueberschreiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit drei Schaltzuständen auf Grund einer Eingangsinformation mit zwei Zuständen. Eine derartige Schaltungsanordnung kann beispielsweise zum Abtrennen von Impulsen bestimmter Länge aus einem Gemisch längerer oder kürzerer Impulse verwendet werden. Die Schaltungsanordnung soll also beispielsweise dann, wenn keine Eingangsinformation vorhanden ist oder wenn nur ein kurzes Signal an dem Eingang liegt, kein Ausgangssignal abgeben, jedoch bei Vorhandensein eines längeren Impulses ein Ausgangssignal liefern.

Die Schaltung muß also in der Lage sein, beim Eintreffen einer Information anzusprechen, ohne eine Aussage zu liefern, und in den Ruhezustand zurückzugehen, falls die kritische Impulslänge nicht erreicht wird. Dies können beispielsweise zeitverzögerte Relais oder Zeitschalter. Derartige Zeitschalter sind aber im allgemeinen sehr aufwendig und haben eine relativ große Zeittoleranz. Jedes Schalten mit einem Relais erfordert nämlich immer eine gewisse Zeitspanne, die sogenannte Ansprechzeit. Sie ist definiert als die Zeit vom Beginn des Erregungsvorganges bis zum Öffnen oder Schließen eines Kontaktes. In den meisten Fällen bedeutet die Ansprechzeit einen durch das Relais selbst bedingten Nachteil, den man beim Schaltungsentwurf berücksichtigen muß. Häufig verlangt aber ein schaltungstechnisches Problem eine verlängerte Ansprechzeit.

Zur Anzugs- bzw. Abfallverzögerung werden in der Regel entweder die Schaltströme im Erregerstromkreis durch Zuschalten von Spulen, Kondensatoren und vorzugsweise nichtlinearen Widerständen oder der Verlauf der magnetischen Felder durch Kurzschluß oder Gegenwicklung beeinflußt. Diese Maßnahmen haben aber den Nachteil einer geringen Genauigkeit der Ansprechverzögerung und in den meisten Fällen auch einer erhöhten Prellneigung. Die Ursache dieses Verhaltens liegt in den langsam verlaufenden Erregungsvorgängen in Verbindung mit einem mechanischen Kippvorgang beim Schalten eines Relais. Besonders nachteilig wirken sich in verschiedenen Anwendungsfällen auch die Integrationseffekte der Ein- bzw. Abschaltvorgänge bei kurzzeitig wiederholten Ansprechverzögerungen aus.

Ein Fall, wo sowohl hinsichtlich der Länge der Relaisansprechzeit als auch ihrer Konstanz Forderungen gestellt sind, die sich mit den herkömmlichen Mitteln nicht erfüllen lassen, ist beispielsweise die schnelle Erkennung des Fernschreibzeichens Nr. 32 aus einem beliebigen Fernschreibsignal. Das Fernschreibzeichen Nr. 32 besteht nämlich aus Start-Schaltungsanordnung zur Erkennung von Impulsen, die eine bestimmte Mindestdauer überschreiten

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaf t, Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Phys. Jürgen Lösch, Stuttgart, ist als Erfinder genannt worden

schritt und fünf Informationsschritten, die alle den gleichen Aussagegehalt haben, sowie einem Stoppschritt. Bei Einfachstrombetrieb besteht also über eine Zeitdauer von sechs Schritten eine Stromunterbrechung, die, abgesehen von dauernder Leitungsunterbrechung, nur bei der Fernschreibkombination Nr. 32 vorkommt. Um diese Zeichen schnell erkennen zu können, braucht man also ein Schaltmittel, das beim Auftreten einer Stromunterbrechung anspricht, aber noch kein Ausgangssignal liefert. Erst wenn die Stromunterbrechung über eine bestimmte Zeit andauert, hier also über mehr als fünf Schritte, soll ein Ausgangssignal geliefert werden. Andererseits soll die Schaltung aber selbsttätig wieder in die Ruhelage zurückgehen, wenn weniger als fünf Stromunterbrechungsschritte vorhanden sind. Man braucht also eine Schaltung mit drei stabilen Zuständen, die mit den Verzögerungsschaltungen der üblichen Relaistechnik nicht zu verwirklichen ist, da diese nur zwei stabile Zustände haben.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe und unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile wird daher eine elektronische Schaltung vorgeschlagen.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung eines an sich bekannten, mit zwei Verstärkungselementen aufgebauten monostabilen Multivibrators durch einen vom zu erkennenden Eingangsimpuls gesteuerten Schalter anschaltbar ist, daß das Ausgangskriterium dem im normalen Ruhezustand des Multivibrators leitenden Verstärkungselement entnommen wird und daß der an sich bekannte Multivibrator so aufgebaut ist, daß er beim Einschalten

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der Betriebsspannung durch den Schalter den dem normalen Ruhezustand entgegengesetzten Schaltzustand einnimmt.

Eine besondere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator mit zwei Transistoren aufgebaut ist, und zwar in der Weise, daß die Basis des ersten Transistors gavanisch mit dem Kollektor des zweiten Transistors und die über einen Widerstand vorgespannte Basis des zweiten Transistors kapazitiv mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, daß die miteinander verbundenen Emitter der beiden Transistoren über den durch den Eingangsimpuls gesteuerten Schalter mit der ersten Elektrode der Betriebsspannung verbunden sind, daß der Kollektor des ersten Transistors über einen Arbeitswiderstand und der Kollektor des zweiten Transistors über ein das Ausgangskriterium lieferndes Relais mit der zweiten Elektrode der Betriebsspannung verbunden ist und daß weiterhin die zweite Elektrode der Betriebsspannung über einen Widerstand mit den Emittern beider Transistoren verbunden ist.

Es sind zwar auch schon monostabile Kippschaltungen bekanntgeworden, die durch einen besonderen Rückstellimpuls jederzeit von der Arbeitslage in die Ruhelage zurückgestellt werden können, doch ist eben für diese Kippschaltungen ein besonderer Rückstellimpuls notwendig, während die Schaltung gemäß der Erfindung selbsttätig in die Ruhelage zurückgehen soll, sobald das Eingangssignal eine bestimmte Zeitdauer nicht überschreitet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 7 beispielsweise näher erläutert. Dabei dienen die Fig. 1 bis 4 zur Erläuterung der Aufgabenstellung, während die Fig. 5 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthält. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Fernschreibzeichens Nr. 32,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Schaltfunktionen S₁ und S₂,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Schaltfunktionen S₁, S₂ und P,

Fig. 4 ein Blockschaltbild für die logische Verknüpfung dieser drei Schaltfunktionen,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 5, Fig. 7 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel. Zur Erläuterung der Wirkungsweise des elektronischen Schalters gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, zunächst die Aufgabenstellung genauer zu definieren. Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung des Fernschreibzeichens Nr. 32, das also sechs Stromunterbrechungsschritte, nämlich einen Startschritt und fünf Zeichenschritte enthält. Dieses Zeichen soll erkannt werden, wenn für mehr als fünf Schritte Stromunterbrechung vorhanden ist. Andererseits soll aber auch die Erkennung dieses Zeichens sofort wirksam werden, wenn mehr als fünf derartige Zeichenschritte vorhanden sind. Dies wird an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Zu einem beliebigen Zeitpunkt ίο wird durch Schließen eines Kontaktes die Schaltfunktion S₁ ausgelöst. Besteht diese Funktion S₁ langer als eine bestimmte Zeitspanne T_p—t„ — t_a (^ 5 Schritte), dann wird durch Schließen eines weiteren Kontaktes die Schaltfunktion S₂ ausgelöst. Endet die Funktion S₁ zur Zeit t_x ~> t„, dann endet auch S₂. Diese Verhältnisse sind aus Fig. 2 ersichtlich; dabei ist angenommen, daß die Schaltfunktionen S₁ und S₂ bei ihrem Vorhandensein den Aussagewert 1 und sonst 0 haben. Die Verknüpfung der Schaltfunktionen S₁ und S₂ kann man durch die Einführung der Schaltfunktion P gewinnen, die von S₁ und der Zeitspanne T_p=t_p—t₀ abhängig ist. Damit läßt sich die gestellte Aufgabe ίο durch die Gleichung

S₂ = S₁ScP(S₁,^)

wiedergeben. Fig. 3 zeigt ein entsprechendes Funktionsdiagramm, in welchem alle möglichen Schaltzustände, denen die obige Gleichung genügt, wiedergegeben sind, und zwar sind die folgenden drei Zustände möglich:

_{1 2}

2.S₁AP=S₂,
3. S₁ScP = S₂.

Entsprechend der Aufgabestellung muß ein Netzwerk, das die gestellten Forderungen erfüllt, zwischen t₀ und t_p im ersten Zustand sein. Für t_x > t_p ist der

zweite Zustand kennzeichnend. Nur hier ist eine Ausgangsfunktion S₂ vorhanden. Der dritte Zustand für t>t_t oder t < i„ ist der Ruhezustand, in dem weder S₁ noch S₂ vorhanden ist. Das Netzwerk muß ferner in der Lage sein, die Funktion P (S₁, T₁₁) zu bilden.

Dazu ist ein Funktionselement geeignet, das durch die Funktion S₁ in den Zustand 1 gekippt wird und nach der Zeit T₁, selbsttätig in den Zustand O zurückkippt, sofern nicht schon durch das Ende der Funktion S₁ der Zustand O hergestellt ist.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems, das die notwendigen Verknüpfungen aufweist. Gleichzeitig mit der Funktion S₁ beginnt die Funktion P, die am Ausgang einer nachgeschalteten Inverterstufe / als Funktion P auftritt. Erst wenn nach Ablauf der Zeit T_p = t_p —t₀ der Ausgang der Inverterstufe die Funktion P aufweist, und S₁ nicht vorhanden ist, entsteht am Ausgang der UND-Schaltung U die Funktion S₂. Dieses Verhalten entspricht dem Funktionsdiagramm der Fig. 3 mit den drei stabilen Zuständen.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung, die die in Fig. 4 dargestellten Verknüpfungen durchführen kann. Die Transistoren Tr₁ und Tr₂ bilden eine monostabile Kippschaltung. Die UND-Verknüpfung wird durch das Schließen des Kontaktes s gewonnen. Das Ausgangsrelais H spricht nur an, wenn s geschlossen und die monostabile Kippschaltung sich in ihrer stabilen Lage befindet, d. h. wenn der Transistor Tr₀ niederohmig und der Transistor Tr₁ hochohmig

ist." Die Funktion der Inverterstufe wird von dem Transistor Tr.-, ausgeübt.

An Hand von den vier Potentialverläufen der Fig. 6 wird die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 5 erläutert. Bevor die Eingangsfunktion anliegt, wenn also der Schalter S geöffnet ist, befindet sich die Schaltung im Ruhezustand, da beide Emitter auf dem Potential — U_B liegen. Durch die Eingangsfunktion S₁ wird der Kontakt s zum Zeitpunkt t₃ geschlossen. Das Emitterpotential der beiden Transistoren, das vorher über den Widerstand R_s an der Spannungsquelle — U_B lag, wird hierdurch auf O Volt angehoben. Die Schaltung kann also nun wie ein normaler Monovibrator arbeiten. Auf Grund der jetzt an dem

Transistor Tr₁ vorhandenen negativen Basisspannung fließt sofort ein entsprechender Basisstrom, so daß der Transistor Tr₁ niederohmig wird. Dadurch steigt auch das Potential zwischen dem Kollektor des Transistors Tr₁ und dem Widerstand i?₄ auf einen Wert von annähernd 0 Volt an. Bedingt durch die Ladung des Kondensators C₁ wird so zur Zeit t_a das Basispotential des Transistors Tr₉ auf den Wert 4- U_n angehoben, so daß dieser sicher gesperrt ist. Gleichzeitig beginnt die Umladung des Kondensators C₁ über den Widerstand R₂ auf die Spannung — U_B. Bei dieser Umladung sinkt das Potential zwischen der Basis des Transistors Tr₂ und dem Widerstand R₂ ab, bis schließlich ein Basisstrom aus dem Transistor Tr., herausfiießen kann, so daß dieser Transistor niederohmig wird und das Relais H ansprechen kann. Dieser Zustand wird zum Zeitpunkt t_p erreicht. Durch die positive Flanke am Kollektor des Transistors Tr₂ wird gleichzeitig der Transistor Tr₁ wieder hochohmig. Die Basisspannung im Schaltaugenblick beträgt ungefähr 0 Volt.

Es ergeben sich folgende drei Zustände für das Relais H: Ist der Schalter s geöffnet, d. h. die Schaltfunktion S₁ nicht vorhanden, dann ist das Sperrpotential — On wirksam, so daß das Relais H nicht anziehen kann und also kein Ausgangssignal auftritt (erster Zustand); ist der Schalter s geschlossen, der Monovibrator aber noch nicht in die linke (stabile) Lage zurückgekippt, dann kann das Relais H ebenfalls nicht anziehen, so daß auch in diesem Zustand kein Ausgangssignal erfolgt (zweiter Zustand). Erst wenn die Funktion S₁ über eine bestimmte Zeit anliegt, d. h. der Schalter s über eine bestimmte Zeit hinaus geschlossen ist, kann der Monovibrator in die linke Stellung kippen und in dieser Stellung dann das Relais H zum Ansprechen bringen (dritter Zustand). Damit ist also die geforderte Bedingung erfüllt, daß die Schaltung sofort ein Ausgangssignal liefert, wenn mehr als fünf stromlose Schritte in dem Fernschreibzeichen vorhanden sind, und bei weniger stromlosen Schritten selbsttätig in die Ruhelage zurückgeht. Zeitverzögerad kommt nur noch die Ansprechzeit des Relais H hinzu.

Kennzeichnend für die Lösung der gestellten Aufgabe gemäß der Erfindung ist die Funktion des Kontaktes 5 als steuerndes Organ und UND-Verknüpfungselement. Die über den Kontakt s vorgenommene Steuerung des Emitterpotentials von — U_n bei geöffnetem Kontakt .y auf 0 Volt bei geschlossenem Kontakt ν bewirkt in Verbindung mit der Speicherkapazität des Kondensators C₂ einen sicheren Start der monostabilen Kippschaltung.

Der elektrische Schalter gemäß der Erfindung wird an zwei unabhängige Versorgungsspannungen + U_n gegen Erde und — U_n gegen Erde angeschlossen. Die Stromversorgung erfolgt in erster Linie über — U_n, während — U_n nur die Sperrspannung für den Transistor Tr₁ liefert. Der Anschluß dieser Schaltung an die in Fernschreibanlagen üblichen Spannungen von + T_n = 60 Volt gegen Erde und-7^ = 60 Volt gegen Erde erfordert eine besondere Anschlußeinheit, die die Betriebsspannung — T_n auf einen für den Betrieb von Transistoren geigneten Wert reduziert und gleichzeitig eine Stabilisierung dieser Spannung ermöglicht.

Bekanntlich haben Zenerdioden die Eigenschaft, bei geringer Spannungsänderung im Bereich der Zenerspannung den Zenerstrom ganz erheblich zu variieren. Zum Anschluß der Schaltung gemäß der Erfindung, d. h. zur Erreichung der Betriebsspannung — U_n, kann man daher die in Fig. 7 dargestellte Schaltung verwenden.

Durch Steuerung des Transistors 7V₃ durch den Zenerstrom dreier in Reihe geschalteter Zenerdioden Z kann man bei geeigneter Dimensionierung erreichen, daß der Emitter-Kollektor-Strom des Transistors Tr₃ immer gerade so groß ist, daß an dem Kondensator C₂ die Spannung — U_B anliegt. Der Transistor Tr₃ entspricht also in seinem Verhalten einer Glimmröhre.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Erkennung von Impulsen, die eine bestimmte Mindestdauer überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung (O) eines an sich bekannten, mit zwei Verstärkungselementen (Tr₁, Tr₂) aufgebauten monostabilen Multivibrators durch einen vom zu erkennenden Eingangsimpuls gesteuerten Schalter (S) anschaltbar ist, daß das Ausgangskriterium (Anzug des Relais H) dem im normalen Ruhezustand des Multivibrators leitenden Verstärkungselement (Tr.,) entnommen wird und daß der an sich bekannte Multivibrator so aufgebaut ist, daß er beim Einschalten der Betriebsspannung (O) durch den Schalter (S) den dem normalen Ruhezustand entgegengesetzten Schaltzustand einnimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator mit zwei Transistoren (7V₁ und Tr₂) aufgebaut ist, und zwar in der Weise, daß die Basis des ersten Transistors (Tr₁) galvanisch mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Tr₂) und die über einen Widerstand (R₂) vorgespannte Basis des zweiten Transistors (Tr₂) kapazitiv mit dem Kollektor des ersten Transistors (Tr₁) verbunden ist, daß die miteinander verbundenen Emitter der beiden Transistoren (Tr₁, Tr₂) über den durch den Eingangsimpuls gesteuerten Schalter (S) mit der ersten Elektrode (O) der Betriebsspannung verbunden sind, daß der Kollektor des ersten Transistors (Tr₁) über einen Arbeitswiderstand (i?₄) und der Kollektor des zweiten Transistors (Tr₂) über ein das Ausgangskriterium lieferndes Relais (H) mit der zweiten Elektrode (— U_b) der Betriebsspannung verbunden ist und daß weiterhin die zweite Elektrode (— U_b) der Betriebsspannung über einen Widerstand (R_s) mit den Emittern beider Transistoren verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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