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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die nach
einer bestimmten Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die nach einer bestimmten
Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt, wobei die Zeitspanne unabhängig von Änderungen
zweier Speisespannungen ist und ein Netzwerk mit einem Wirk- und einem Blindwiderstand
enthält, die an einem Bezugspunkt miteinander verbunden sind.
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Für die Erzeugung von Zeitintervallen in Nachrichtenübertragungssystemen
und elektronischen Steuereinrichtungen werden verschiedenartige Kreise verwendet.
Im allgemeinen erzeugen derartige Kreise Spannungen, die sich mit der Zeit in bekannter
Weise so ändern, daß das zur Erreichung einer vorbestimmten Spannung erforderliche
Zeitintervall vorhergesagt werden kann. So verwenden Zeitkreise häufig die Verzögerungseigenschaften
von Kombinationen aus Widerständen und Kondensatoren oder aus Widerständen und Induktivitäten,
die gewöhnlich mit RC-Kreisen bzw. RL-Kreisen bezeichnet werden. So ist eine Schaltung
bekannt, die eine Zeitverzögerung gemäß der Aufladegeschwindigkeit eines Kondensators
erzeugt.
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Änderungen der Versorgungs- oder Vorspannungen in Kreisen der obenerwähnten
Art beeinträchtigen die Genauigkeit, d. h. die Größe der Zeitverzögerung
solcher Kreise. Wenn auch derartige Änderungen in Grenzen, welche bei den meisten
herkönm-flichen Zeitkreisen zulässig sind, geregelt oder, wie auch bekannt ist,
durch erzwungene Schwingungen einer multivibratorartigen Schaltung mehr oder weniger
unterdrückt werden können, so erfordern doch ge-
wisse Neuentwicklungen in
elektronischen Regeleinrichtungen und in Nachrichtenübertragungssystemen eine Zeitkreisgenauigkeit,
die eine vollständige Beseitigung oder eine Kompensation der Versorgungsspannungsänderungen
notwendig macht, z. B. ist bei einem Nachrichtenübertragungssystem, das gewöhnlich
als Sprach-Interpolationssystern mit zeitlicher Zuordnung oder als TASI-System bezeichnet
wird, eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Zeitfunktionen erforderlich,
da die richtige Arbeitsweise des gesamten Systems hiervon abhängt. Kurz gesagt,
ist ein TASI-System dazu bestimmt, die Kapazität von Nachrichtenübertragungskanälen
zu erhöhen. Wenn sämtliche Kanäle eines Systems, z. B. die durch ein Fernsprechkabel
geschaffenen Kanäle, Teilnehmern zugeordnet sind, können zusätzliche Teilnehmer
nur bedient werden, indem ihnen Kanäle von Anschlüssen zugewiesen werden, die zu
dieser Zeit gerade nicht sprechen. Die zum Aufsuchen eines unbenutzten Kanals notwendigen
Schaltoperationen, um diesen einen zweiten Sprecher zuzuweisen, wenn der erste oder
ursprünglich zugewiesene Sprecher schweigt und um dem ersten Sprecher einen Kanal
zu schaffen, wenn er ihn wiederum verlangt, werden automatisch durchgeführt. Zur
Einleitung zahlreicher solcher Operationen werden Zeitkreise benutzt, z. B. wird
ein Zeitkreis verwendet, um die übertragungsperiode für ein Trennsignal zeitlich
festzulegen. Damit ein derartiges System richtig arbeitet, müssen offensichtlich
sämtliche Zeitkreise zuverlässig und genau arbeiten. Ferner ist es wesentlich, daß
derartige Kreise ihre Aufgaben auch unter den schwersten Bedingungen durchführen.
Eine weitere Anforderung an solche Zeitkreise besteht darin, daß der Betrieb auch
bei Notstromversorgung durchgeführt wird, wenn die Versorgungsspannungen nicht geregelt
sind.
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Weiterentwicklungen von TASI-Systemen und von anderen Steuereinrichtungen
haben zusätzliche Forderungen hervorgebracht, die durch die bekannten Einrichtungen
nicht erfüllt werden; z. B. ist es bei einer Zeitgeberanordnung erwünscht, einen
Zeitkreis zu verwenden, der leicht für verhältnismäßig kurze oder verhältnismäßig
lange Zeitintervalle eingerichtet werden kann. Infolgedessen muß die Auslegung des
Kreises derart sein, daß an Stelle einer kapazitiven Kopplung eine direkte Kopplung
mit den Ausgangskreisen verwendet werden kann.
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Um die Kompliziertheit des Kreises auf ein Minimum zu bringen, ist
es weiter erwünscht, getrennte
Kompensations- oder Symmetrier-Netzwerke
zu vermeiden und die Elemente des grundsätzlichen Zeitkreises in einer Weise anzuordnen,
welche diese Elemente in die Lage versetzt, zweifache Funktionen auszuüben,
d. h. das Messen eines Zeitintervalls und die Kompensation der Abweichungen
der Versorgungsspannungen. Weiterhin ist es erwünscht, die Geschwindigkeit der Änderung
des Stroms im Kreis am Ende des Zeitintervalls auf ein Maximum zu bringen, um die
Zuverlässigkeit des Kreises unter den verschiedensten Betriebsbedingungen sicherzustellen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, als Zeitgeberkreis
dienende Schaltanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche die
obenerwähnten zusätzlichen Anforderungen erfüllt.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwei solche Netzwerke parallel geschaltet
sind, daß jedes Netzwerk mit einer Speisespannung in der Weise verbunden ist, daß
die Restspannungen an den Bezugspunkten E,
und E, sind, und
daß gleichzeitig jedes Netzwerk mit der anderen Speisespannung verbunden ist, derart,
daß die Spannung jedes Bezugspunktes sich zu der Spannung der anderen Speisespannung
verschiebt und dabei einem Verlauf folgt, der genau durch die Spannungsdifferenz
der Speisespannungen und durch die Größen der Netzwerkelernente bestimmt ist. Hierdurch
wird der Vorteil erreicht, daß bei hoher Zuverlässigkeit und einfacher Bauart die
Schaltanordnung in der Lage ist, vorbestimmte Zeitintervalle völlig unabhängig von
Änderungen der Versorgungsspannungen genau einzuschalten, wie nachstehend im einzelnen
ausgeführt werden wird.
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Am Anfang eines Zeitintervalls bewirken die beiden Kombinationen zusammen
mit zwei Versorgungsspannungen das Anlegen einer sich ändernden Spannung an jeden
Regelpunkt. Während die Spannungsformen der beiden sich ändernden Spannungen nicht
gleich sind, da sie von verschiedenen Funktionen der Versorgungsspannungen abhängen,
ändern sie sich in der gleichen Weise mit der Zeit. Wenn die beiden sich ändernden
Spannungen mit Vi und V , die beiden Versorgungsspannungen mit E, und
E , und die Zeitfunktion mit f (t) bezeichnet werden,
folgen die Spannungsformen der sich ändernden Spannungen der beiden Regelpunkte
eines erfindungsgemäßen Kreises den Beziehungen V, (t) = F,
(E1, E2)
+ [F2 (E1, E2) - F, (E1, E2)1
- f (t), (1)
Y#> (t) = F2 (E1,
E2)
+ [F, (E1, E2) - F,
(EI, l##»] - f (t), (2) wobei t die Zeit ist, Fi
und F, Funktionen sind, welche nur von einer oder von beiden Versorgungsspannungen
abhängen, und f (t) eine Zeitfunktion ist, die nur von der
Größe und der Art der benutzten Schaltelemente abhängt. Erfindungsgemäß besteht
eine zusätzliche Forderung an die Spannungsformen, die durch die Gleichungen
(1) und (2) definiert sind, darin, daß sie sich zu einer Zeit t
= T nach dem Anfang des Zeitintervalls schneiden, ferner darin, daß
die Zeit T vollkommen unabhängig von der jeweiligen Größe der Versorgungsspannungen
am Anfang des Zeitintervalls ist. Daß T unabhängig von den Versorgungsspannungen
ist, kann in der allgemeinen Form der Erfindung, die durch die Gleichungen
(1) und (2) definiert ist, durch eine simultane Gleichungslösung für
f (T) gezeigt werden, wobei f (T)
die Größe
von f (t) zur Zeit t = T ist. Bei einer solchen
Lösung kann gezeigt werden, daß die Differenz zwischen V, (t) und V.,
(t) = 0 ist, da die Gleichungen zur Zeit T gelöst sind, wenn
die Spannungsform durch einen gemeinsamen Punkt geht.
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Aus einer unabhängigen Prüfung jeder der Gleichungen (1) oder
(2) ergibt sich selbstverständlich, daß in jedem Fall die für die Spannungsform
zum Erreichen einer vorbestimmten Spannung benötigten Zeit notwendigerweise von
den Versorgungsspannungen abhängt. Erfindungsgemäß dient jedoch die gleichzeitige
Verwendung beider Spannungsformen dazu, ein Zeitintervall zu schaffen, dessen Dauer
von den jeweiligen Größen der Versorgungsspannungen nicht beeinflußt wird.
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Die Natur der oben definierten Spannungsformen kann ferner an Hand
der Änderung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Regelpunkten beschrieben
werden, die während des Zeitintervalls stattfindet. Zum Beispiel geht zur Zeit t
= T die sich ändernde Spannungsdifferenz momentan durch einen Punkt mit der
Größe 0, d. h., zur Zeit t = T findet eine Umkehr der relativen
Polarität zwischen den beiden Regelpunkten statt.
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Zur Zeit der oben beschriebenen Umkehr der relativen Polarität bzw.
zu der Zeit, wenn die durch die Gleichungen (1) und (2) beschriebenen Spannungsformen
sich schneiden, ändert sich der Strom zwischen den beiden Regelpunkten plötzlich,
wenn sie durch einen geeigneten Ausgangskreis miteinander verbunden sind. Gemäß
einem weiteren Erfindungsprinzip wird der Ausgangskreis, welcher die beiden Regelpunkte
miteinander verbindet und welcher auf eine Stromänderung anspricht, dazu benutzt,
ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Beendigung des Zeitintervalls markiert,
oder es kann die Stromänderung unmittelbar benutzt werden, um eine Verbrauchereinrichtung,
z. B. ein Relais zu betätigen. Ferner ist der Zeitkreis direkt und nicht kapazitiv
mit dem Ausgangskreis gekoppelt. Infolgedessen kann die Erfindung mit gleichem Vorteil
zur Messung von verhältnismäßig kurzen und von verhältnismäßig langen Zeitintervallen
verwendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf irgendeine besondere Schaltanordnung beschränkt.
Sie kann vielmehr verschiedene Formen annehmen. Zum Beispiel wird bei einer Form
der Erfindung ein erster RC-Kreis in Reihenanordnung verwendet, der eine erste Versorgungsspannungsquelle
mit einer ersten Bezugsspannungsquelle verbindet, ferner ein zweiter ähnlicher RC-Kreis,
der eine zweite Versorgungsspannungsquelle mit der Bezugsspannungsquelle verbindet.
Der erste und der zweite Regelpunkt sind die Verbindungspunkte des Widerstandes
und des Kondensators in den beiden RC-Kreisen.
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Am Anfang ist die zweite Spannungsquelle unmittelbar am ersten Regelpunkt
und die erste Spannungsquelle unmittelbar am zweiten Regelpunkt angelegt. Zu Beginn
des Zeitintervalls wird ein Schalter plötzlich betätigt, um die Verbindungswege
zwischen der ersten Spannungsquelle und dem zweiten Regelpunkt, und zwischen der
zweiten Spannungsquelle und dem ersten Regelpunkt zu öffnen. In diesem Augenblick
werden die durch die Gleichungen (1) und (2) definierten Spannungsänderungen
eingeleitet. Von jedem der Regelpunkte ist ein Ausgangsweg vorgesehen, der jeweils
eine Einrichtung enthält, welche auf die Umkehr der Polarität anspricht, die zwischen
den
beiden Regelpunkten zur Zeit t = T stattfindet.
Diese Einrichtungen können vorteilhafterweise Dioden sein, die mit entgegengesetzter
Polarität angeordnet sind. Der Ausgang der beiden Dioden wird dann einer stromempfindlichen
Einrichtung, z. B. einem Multivibrator zugeführt, der so arbeitet, daß er einen
Ausgangsimpuls erzeugt, welcher die Beendigung des Zeitintervalls anzeigt.
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Bei einer anderen Form der Erfindung werden zwei RL-Kreise verwendet,
deren Schaltanordnung den oben beschriebenen beiden RC-Kreisen ähnlich ist. Die
bekannten Verzögerungseigenschaften der RL-Kreise werden benutzt, um zeitabhängige
Spannungen hervorzubringen, welche ebenfalls mit den Gleichungen (1) und
(2) übereinstimmen. Die Messung der Zeitintervalle kann dann durch dieselben Mittel
bewirkt werden, die bei der RC-Form der Erfindung benutzt wurden.
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Bei einer weiteren Form der Erfindung wird ein einziger Kondensator
benutzt, der zwischen zwei Widerständen liegt, wobei die freien Klemmen jedes Widerstands
jeweils mit einer der beiden Versorgungsspannungsquellen verbunden sind. In diesem
Fall sind die beiden Regelpunkte die Klemmen des Kondensators.
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Bei jeder der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung
wurden exponentielle Spannungsformen als Mittel zur Messung von Zeitintervallen
verwendet. Jedoch liegt auch ein Kreis, der lineare Spannungsforinen erzeugt, innerhalb
des Umfangs der Erfindung. Zum Beispiel werden bei einer anderen Form der Erfindung
die Verzögerungseigenschaften von Kondensatoren oder Spulen verwendet; jedoch werden
die charakteristischen exponentiellen Ausgangsspannungen durch einen Hilfskreis
verändert, so daß die Spannungsformen, die als Basis für die Zeitfestlegung dienen,
linear sind.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird ein aus zwei
Transistoren bestehender Schalter, der auf einen Eingangsimpuls zu Beginn des Zeitintervalls
anspricht, als Eingangskreis verwendet. Der Zeitkreis umfaßt die aus Widerstand,
Kondensator und Widerstand bestehende Reihenkombination, die oben als eine Form
der Erfindung beschrieben wurde, ferner einen Ausgangskreis, der aus zwei Sperrdioden
besteht, weiterhin aus zwei verstärkenden Transistoren und schließlich aus einem
Multivibrator.
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Bei allen Formen oder Ausführungen der Erfindung stimmen die erzeugten
Spannungsformen mit den Gleichungen (1) und (2) überein, während die Dauer
des Zeitintervalls unabhängig von der Größe der Versorgungsspannungen ist.
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Die Erfindung mit ihren Aufgaben und Merkmalen wird durch die nachfolgende
eingehende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels und durch die Zeichnungen voll
verständlich werden.
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F i g. 1 A zeigt ein schematisches Schaltbild eines RC-Zeitkreises
mit einer einzigen Betriebsspannungsquelle, während F i g. 1 B eine charakteristische
Ausgangsspannungsforin des Kreises der F i g. 1 A darstellt; F i g. 2
A zeigt ein schematisches Schaltbild eines RC-Zeitkreises mit zwei Betriebsspannungsquellen,
während Fig. 2B eine charakteristische Ausgangsspannungsforin des Kreises der Fig.
2A darstellt; Fig. 3A zeigt ein schematisches Schaltbild mit zwei
erfindungsgemäß angeordneten RC-Kreisen, während F i g. 3 B die Ausgangsspannungsformen
des Kreises derFig. 3A und Fig.3C die Spannungsdifferenz der SPannungsformen
der F i g. 3 B darstellen; F i g. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild
von zwei erfindungsgemäß angeordneten RL-Kreisen; F i g. 5 zeigt ein schematisches
Schaltbild einer Form der Erfindung, bei der lineare Ausgänge benutzt werden; F
i g. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Form der Erfindung, bei der
eine RCR-Reihenkombination benutzt wird; F i g. 7 zeigt ein schematisches
Schaltbild einer vollständigen Ausführung der Erfindung.
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Es ist bekannt, daß, wenn eine Spannung E an einen einfachen
RC-Kreis, wie er in Fig. 1A dargestellt ist, angelegt wird, und wenn der
vorher geschlossene Schalter S zur Zeit t = 0 geöffnet wird,
die sich ändernde Spannung e, (t) am Kondensator durch die Kurve und durch
den Zeitfunktionsausdruck definiert ist, die in F i g. 1 B dargestellt sind.
Ebenso bekannt ist die Wirkung eines einfachen RC-Kreises mit zwei angelegten Spannungen,
z. B. Ei und E, in F i g. 2 A, wobei die Erde nach Belieben
zwischen den beiden Spannungen liegen kann. Der Spannungsanstieg am Kondensator
von E2 nach Ei ist bei öffnen des vorher geschlossenen Schalters
S zur Zeit t = 0
durch die Spannungsforin und den Zeitfunktionsausdruck
definiert, die in F i g. 2 B dargestellt sind. Bei jedem der Kreise ist die
Zeit T, zu der eine bestimmte Kondensatorspannung erreicht wird, durch die angelegten
Spannungen oder Betriebspotentiale Ei
und E, bestimmt, wobei eine Änderung
einer oder beider Spannungen notwendigerweise eine Änderung der Dauer des Intervalls
zwischen t = 0 und t = T
zur Folge hat.
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F i g. 3 A zeigt eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung,
die einen ersten RC-Kreis enthält, der aus dem Widerstand Ri und dem Kondensator
Ci besteht, ferner einen zweiten RC-Kreis, der aus dem Widerstand R, und dem Kondensator
C2 besteht, wobei die beiden Kreise durch zwei Speise-spannungen
Ei und E, miteinander verbunden werden. Ein Schalter S verbindet
in geschlossenem Zustand den Punkt Pl mit E, sowie den Punkt P, mit der Spannungsquelle
Ei. Der Ausgangskreis der gemeinsamen Punkte P, und P, enthält entgegengesetzt
gepolte Dioden Di und D., ferner eine stromempfindliche Einrichtung, die
z. B. ein Multivibrator sein kann.
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Bei Betrachtung der Arbeitsweise des Kreises der F i g. 3 A
ergibt sich, daß der Schalter S anfangs geschlossen ist und daß demnach der
Punkt Pl sich auf dem Potential E., und der Punkt P2 auf dem Potential
Ei befinden. Zur Zeit t = 0 wird der Schalter S
geöffnet,
die Spannung am Punkt P, beginnt sich von E2 nach Ei zu ändern, und
die Spannung am Punkt P2 beginnt sich von Ei nach E2 zu ändern, wie
durch die ausgezogenen Spannungsnormen in Fig. 313 dargestellt ist. Die Gleichung
der sich ändernden Spannung Vi am Punkt Pl ist bekanntlich V, (t) = Ei +
(E2 - Ei) e-"R# (3)
während die Gleichung der sich ändernden Spannung
am Punkt P, lautet V2 (t) = E2 + (Ei -EI) e-t'R,
c,. (4) Wenn das Produkt der Größen des Widerstandes Ri und des Kondensators
C, gleich dem Produkt der
Größen des Widerstandes R2 und
des Kondensators C2 ist, dann ist bekanntlich f (t) in Gleichung
(3), nämlich l-'fR# c, identisch mit f (t) in Gleichung (4), nämlich überdies
sind die beiden Gleichungen spezielle Formen des allgemeinen Ausdrucks für die Spannungsformen
nach der erfindungsgemäßen Schaltung, wie sie durch die Gleichungen (1) und
(2) definiert sind.
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Der Zusammenhang der Spannungsformen, die als ausgezogene Kurven in
F i g. 3 B dargestellt sind, wird weiter in F i g. 3 C erläutert,
welche die sich ändernde Potentialdifferenz zwischen den Punkten Pl und P, zeigt.
Der Ausdruck für die Differenzkurve ist einfach zwischen den Gleichungen
(3) und (4) oder (Vi_V,)(t) = (E,-E,)-2(E,-E,),--1,IRI, (5)
wobei
RC das Produkt Ri Ci oder das gleiche Produkt R2 C, darstellt.
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Bei nochmaligem Betrachten der in F i g. 3 C dargestellten
Potentialdifferenz wird man bemerken, daß die Kurve die Achse der Potentialdifferenz
Null zu einer Zeit schneidet, die selbstverständlich mit der Umkehr der relativen
Polarität zusammenfällt, welche zwischen den Punkten Pl und P2 stattfindet. Wenn
man diese Zeit mit T bezeichnet und die Gleichung (5) für t zur Zeit
t = T löst, erhält man das Resultat T = RC In 2. (6)
Hieraus
ergibt sich, daß die Dauer des Zeitintervalls bei dieser Form der Erfindung eine
konstante ist, die unabhängig von den Versorgungsspannungen ist und die nur durch
die Größen und die Art der benutzten Schaltelemente bestimmt wird.
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Die Unabhängigkeit des Zeitintervalls von Änderungen der Versorgungsspannungen
wird weiter graphisch in F i g. 3 B dargestellt. Wenn z. B. die Spannung
E, nach einer Spannung E, verschoben wird, folgen die Spannungsänderungen
an den Punkten Pl und P, den Kurven, die durch die zwei gestrichelten Spannungsformen
dargestellt sind. Insbesondere sei bemerkt, daß sich die gestrichelten Spannungsformen
immer noch zur Zeit t = T schneiden. Wenn auch nur die Wirkung einer Änderung der
Spannung E2 dargestellt ist, so ist doch offensichtlich, daß sich die beiden
Spannungsformen eines erfindungsgemäßen Kreises immer zur Zeit t =
T schneiden, ohne Rücksicht auf Änderungen von einer oder von beiden Versorgungsspannungen.
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Es sei nun zur Arbeitsweise der in F i g. 3 A dargestellten
Schaltanordnung zurückgekehrt. Da Ei
und E, positive bzw. negative
Spannungen sind, ist es offensichtlich, daß vor der Zeit T beide Dioden Di und
D2 in ihren nichtleitenden Richtungen vorgespannt sind. Die Polaritäten von
Ei und E2 können selbstverständlich umgekehrt werden, wobei die Dioden
D, und D, entgegengesetzt gepolt werden. Während des Zeitintervalls kann der Strom
durch die beiden zeitbestimmenden Widerstände wie folgt ausgedrückt werden:
Zur Zeit T werden jedoch die Dioden Di und D2
momentan in Flußrichtung vorgespannt.
Die Impedanz der stromempfindlichen Einrichtung ist wesentlich geringer als die
kombinierten Widerstandswerte der Widerstände Ri und R.,. Infolgedessen steigt der
Strom durch die Widerstände und durch den Ausgangskreis mit den Dioden
D, und D., und die stromempfindliche Einrichtung plötzlich an, und
zwar auf den Wert
Die Geschwindigkeit der Stromänderung, die zum Teil auf die Parallelschaltung des
niederohmigen Ausgangskreises zu den Kondensatoren zurückzuführen ist, reicht aus,
um die Erzeugung eines Ausgangsimpulses durch irgendeine herkömmliche stromempfindliche
Einrichtung sicherzustellen, z. B. durch einen Sperrschwinger oder einen Multivibrator,
wobei die Vorderflanke des Ausgangsimpulses dazu dient, das Ende des Zeitintervalls
zu markieren.
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In F i g. 4 ist im wesentlichen die gleiche Schaltanordnung
wie in F i g. 3 A dargestellt mit der Ausnahme, daß zwei RL-Reihenkombinationen
erfindungsgemäß verwendet werden, im Gegensatz zu den beiden RC-Kombinationen der
F i g. 3 A. Wenn im Kreis der F i g. 4 der vorher offene Schalter
S zur Zeit t = 0 geschlossen wird, bewirkt der charakteristische Widerstand
einer Spule gegen eine Änderung des Stromes, daß die Spannungen V, und V, am Punkt
Pl und am Punkt P, sich wie folgt exponentiell ändern: V, (t)
= E, + (E2 - Ei) (10)
V2 (t) = E2
+ (Ei - E2) e-tRt L2 (11)
Wie bei der RC-Form der Erfindung
können die Größen von Ri und R 2 verschieden sein, ebenso die Größen von Li und
L." jedoch muß
gleich
sein, damit f (t) indentisch in den Gleichungen (10)
und (11) ist. Wenn man diese gleichen Quotienten mit
bezeichnet und die Gleichung (11) von der Gleichung (10) abzieht,
um einen Ausdruck für die sich ändernde Potentialdifferenz zwischen den Punkten
P, und P, zu erhalten, und wenn man diesen Ausdruck für t zur Zeit t
= T löst, ergibt sich
Da die Gleichungen (10) und (11) besondere Formen der allgemeinen
Gleichungen (1) und (2) sind, und da die Dauer der Periode zwischen dem Anfang
eines Zeitintervalls und dem Schnittpunkt der beiden Spannungsformen nur von den
Größen und der Art der Schaltelemente abhängt, sind die Schlüsse, die für den Kreis
der F i g. 3 A in bezug auf die Unabhängigkeit von T von Änderungen der Spannungen
Ei
und E, gezogen wurden, in gleicher Weise für den Kreis der
F i g. 4 gültig.
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F i g. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung, die ähnlich
wie die Kreise der F i g. 3 A und 4 arbeitet. In F i g. 5 wird jedoch
eine schematisch dargestellte Einrichtung mit konstantem Strom verwendet, so daß
sich die Spannungsformen, welche an den Punkten Pl und P2 nach öffnen des Schalters
S entstehen, linear und nicht exponentiell ändern. Es können verschiedene
Kombinationen verwendet werden,
um exponentielle Spannungsformen
in lineare umzuwandeln. Zum Beispiel liefert der bekannte »Bootstrap«-Kreis, der
als Ablenkkreis in der Fernsehtechnik Verwendung findet, einen im wesentlichen konstanten
Strom in einem Widerstand, und zwar mit Hilfe einer Kathodenstufenanordnung. Der
Strom in den zeitbestimirtenden Kondensatoren ist ebenfalls konstant, und damit
wird die entstehende Ablenkspannung linear. Ein derartiger Kreis ist von Millman
und Taub in einem Aufsatz »Pulse and Digital Circuits«, McGraw-Hill, 1956, S.
229, dargestellt. Es kann gezeigt werden, daß die bei den Kreisen der F i
g. 3 A und 4 die Ausdrücke für die durch den Kreis der F i g. 5 erzeugten
Spannungsänderungen mit den Gleichungen (1) und (2) übereinstimmen. Wenn
man wieder die Zeit der Umkehr der relativen Polarität zwischen den Punkten Pl und
P2 mit T bezeichnet, die Differenz zwischen den beiden Ausdrücken nimmt, welche
die Spannungsänderung an den Punkten P, und P, definieren und sie für T zur Zeit
t = T löst, ergibt sich die Beziehung T = kC,
(13)
wobei k eine Konstante ist, welche unabhänig von den Werten von
Ei und E 2 ist, und wobei C die Größe der gleichen Kondensatoren
C, und C, ist. Somit ist T wie bei den RC- und RL-Formen der Erfindung
unabhängig von Änderungen der Betriebspotentiale und nur abhängig von der Größe
und der Art der zur Erzeugung der Spannungsformen gewählten Schaltelemente.
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Der Kreis der Fig. 6 veranschaulicht eine Form der Erfindung,
welche sich eng an die in F i g. J A gezeigte Form anlehnt. Der Kreis unterscheidet
sich vom Kreis der F i g. 3 A jedoch dadurch, daß die beiden Kondensatoren
durch einen einzigen Kondensator C ersetzt sind. Man sieht, daß in diesem
Fall die Größe der Widerstände Ri und R, gleich sein muß, damit die Forderung erfüllt
wird, daß das Produkt der Größen von Widerstandswert und Kapazität in einem Zweig
des Zeitkreises gleich dem Produkt der Größen des Widerstandswertes und der Kapazität
im zweiten Zweig ist. Es können den Gleichungen (1)
und (2) entsprechende
Ausdrücke für die Spannungsänderungen hergeleitet werden, welche an den Punkten
P, und P, nach öffnen des Schalters S stattfinden, wobei T wiederum unabhängig
von Änderungen der Versorgungsspannungen ist, da T = 2RC In 2, (14) wobei
R die gemeinsame Größe der Widerstände R, und R., und C die Größe
des Kondensators C darstellt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen zeigen die zeitbestimmenden
Spannungsformen in jedem Fall gewisse gemeinsame Eigenschaften zusätzlich zu den
bereits genannten, z. B. sind in jedem Fall die Spannungsformen symmetrisch in bezug
auf eine Achse, die durch
definiert ist. Auf dieser Achse schneiden sich nämlich die Spannungsformen. Ferner
sind in jedem Fall in jedemZeitpunkt dieNeigungen der zeitbestimmenden Spannungsformen
in der Größe gleich, jedoch im Vorzeichen entgegengesetzt. Andere Formen der Erfindung
können selbstverständlich zeitbestimmende Spannungsformen mit Eigenschaften ergeben,
welche sich von den oben genannten unterscheiden, da die Erfindungsprinzipien für
jeden Kreis gültig sind, der zwei Spannungsformen liefert, welche durch die allgemeinen
Ausdrücke VI (t) = F, (EI, E2) + F2
(EI, E2) - a) V, (t) = F3 (EI,
E2) + F4 (EI, E,) - (t) (2 a) definiert sind, vorausgesetzt, daß
die Spannungsformen sich nach einem Zeitintervall von einer Dauer schneiden, die
unabhängig von den Versorgungsspannungen ist, und die nur durch die Größe und die
Art der zur Erzeugung der Spannungsformen benutzten Schaltelemente bestimmt ist.
Eine zusätzliche offensichtliche Beschränkung in bezug auf f (t)
in den Gleichungen (1) und (2) und in den Gleichungen (la) und (2 a) besteht
darin, daß es sich selbstverständlich um eine stetig sich ändernde Funktion oder
wenigstens stetig innerhalb des Bereichs der gewünschten Zeitintervalle handeln
muß, um sie herzustellen, daß während der Periode t = 0 bis t
= T die Spannungsformen sich nur zur Zeit T schneiden.
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F i g. 7 zeigt eine vollständige Ausführung der Erfindung,
bei der die in F i g. 6 dargestellte Form der Erfindung in einer Verzögerungsanordnung
benutzt wird, welche eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen den Empfang eines
Empfangssignals und der Erzeugung eines Ausgangssignals legt. Die Ausführung besteht
aus einem Zeitnetzwerk, welches eine Eingangsstufe, eine zeitbestimmende Stufe und
eine Ausgangsstufe umfaßt. Die Eingangsstufe besteht aus einem Diodendurchlaß, nämlich
den Dioden D,
und D., ferner aus zwei Transistorschaltem Ti und T,
in Emitterschaltung zusammen mit einem zweiten Durchlaß, der die Dioden
D7 und D 8 enthält. Die entgegengesetzt gepolten Dioden D, und
D 4 dienen dazu, die Eingangsstufe von der Zeitstufe zu trennen. Der Zeitkreis
besteht wie in F i g. 6 aus einem zeitbestimmenden Kondensator
C, der zwischen zwei zeitbestimmenden Widerständen RI und R, liegt. Die entgegengesetzt
gepolten Dioden D, und D, trennen die Zeitstufe von der Ausgangsstufe.
Die Ausgangsstufe besteht aus zwei verstärkenden Transistoren T,
und T4, ferner
aus einem Multivibrator, der in Blockform angedeutet ist. Die Versorgungsspannungen
EI
und E, werden an geeigneten Punkten im Kreis angelegt. Bei der dargestellten
speziellen Ausführung ist angenommen, daß Ei eine positive Spannungsquelle
ist, während E, eine negative Spannungsquelle ist. Dem Fachmann ist
jedoch klar, daß durch geringe Änderungen der Kreis leicht an die Benutzung von
Versorgungsspannungen angepaßt werden kann, die den dargestellten entgegengesetzt
sind, oder es kann eine Versorgungsspannung geerdet sein.
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Die Tätigkeit des Kreises wird durch das Anlegen eines positiven Impulses
an den Eingangspunkt eingeleitet, der dazu dient, die Diode D,5 in Sperrichtung
vorzuspannen. Die Diode D, ist in Flußrichtung vorgespannt, so daß die positive
Spannung an der Basis des P-N-P-Transistors T1 auf den Sperrpunkt erhöht wird; da
sich der Transistor T, im Zustand »Aus« befindet, ist sein Kollektor ausreichend
negativ, und zwar durch die über den Widerstand R, angelegte Spannung E" um die
Diode D, in Sperrichtung vorzuspannen. Die Diode D, ist ihrerseits in Flußrichtung
durch die Spannung E, vorgespannt, die über den Widerstand R
7 wirkt, und die dazu dient, die
Basis des N-P-N-Transistors
l* 2 in bezug auf die Vorspannung P., ausreichend negativ zu machen, so daß der
Transisior T, ebenfalls ausgeschaltet ist.
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Die Größen der Widerstände RI, und R4 sind wesentlich kleiner als
die Größe des Widerstandes R,; ferner sind die Größen der Widerstände Ri und R,
gleich. Dementsprechend sind an dieser Stelle die Spannungen an den Kollektoren
der Transistoren T, und T2 im wesentlichen gleich E2 bzw. Ei. Ferner
sind unter Vernachlässigung des kleinen Spannungsabfalls an den Dioden
D3 und D4 die Spannungen an den Punkten Pl und P., im wesentlichen
gleich E2
bzw. Ei. Infolgedessen sind die beiden Dioden D,
und
D 2 in Sperrichtung vorgespannt, so daß sich der N-P-N-Transistor
T" und der P-N-P-Transistor T, im nichtleitenden Zustand befinden.
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Zu einer durch die hintere Flanke des Einleitungsimpulses markierten
Zeit, die mit t = 0 bezeichnet sei, werden die Transistoren T, und
7#, durch die Ab-
nahme bzw. Zunahme ihrer Basisspannungen eingeschaltet,
wodurch die Dioden D , .,und D 4 in Sperrichtung vorgespannt werden. Die
Punkte P, und P, werden hierdurch von den Spannungsquellen E 2 biw.
Ei
getrennt. Die sich ändernden Spannungen V, und V, an den Punkten Pl und
P" folgen einem Verlauf, der durch die Ausdrücke V, (t) = Ei +
(E. - Ei) i-t 2 RC, (15)
V, (t)
= E 2 + (Ei - EJ e-1 2 RC
(16)
definiert ist, wobei R die Größe jedes der gleichen Widerstände Ri und
R.> ist. Der Strom, der in jedem der Widerstände Ri und R., fließt, kann
bestimmt werden zu
Zu einer Zeit t = T kehren die Spannungen an den Punkten Pl
und P., in ihre relative Polarität um, so daß die Dioden Di und
D, in Flußrichtung vorgespannt werden. Der in dem Kreis fließende Strom erhöht
sich plötzlich auf
so daß die Transistoren T" und T4 eingeschaltet und die entsprechenden Spannungsänderungen
an den Kollektoren dieser Transistoren an einen Ausgangsimpulskreis angelegt werden,
der, wie angegeben, aus einem Multivibrator besteht. Die Vorderflanke des an dem
Ausgangspunkt des Multivibrators erscheinenden Impulses markiert die Zeit t
= T.
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Wie beim in Fig. 6 dargestellten Kreis kann die Dauer des Zeitintervalls
ausgedrückt werden durch: T = 2 RC In 2. (14)