DE1171011B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die nach einer bestimmten Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die nach einer bestimmten Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt

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DE1171011B
DE1171011B DEW27604A DEW0027604A DE1171011B DE 1171011 B DE1171011 B DE 1171011B DE W27604 A DEW27604 A DE W27604A DE W0027604 A DEW0027604 A DE W0027604A DE 1171011 B DE1171011 B DE 1171011B
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voltage
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voltages
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circuit
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DEW27604A
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Inventor
Ezra Cohen
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AT&T Corp
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Western Electric Co Inc
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/13Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, als Zeitgeberkreis dienende Schaltanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche die obenerwähnten zusätzlichen Anforderungen erfüllt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung mit ihren Aufgaben und Merkmalen wird durch die nachfolgende eingehende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels und durch die Zeichnungen voll verständlich werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie beim in Fig. 6 dargestellten Kreis kann die Dauer des Zeitintervalls ausgedrückt werden durch: T = 2 RC In 2. (14)

Claims (2)

  1. Patentansprüche. 1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß zwei solche Netzwerke (C1, Ri bzw. C2, R2) parallel geschaltet sind, daß jedes Netzwerk mit einer Speisespannung (EI bzw. E2) in der Weise verbunden ist, daß die Restspannungen an den Bezugspunkten (Ei und E,) sind, und daß gleichzeitig jedes Netzwerk mit der anderen Speisespannung verbunden ist, derart, daß die Spannung jedes Bezugspunktes (P1, PJ 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 Netzwerkelemente bestimmt ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blindwiderstandselement ein Kondensator ist. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet, daß bei plötzlicher Betätigung der gleichzeitig wirkenden Verbindungsmittel am Anfang eines vorbestimmten Zeitintervalls mit der Dauer T die Spannungen V, und V., an den entsprechenden Bezugspunkten einen 1#erlauf nehmen. der gegeben ist durch die Beziehungen V, (t) F, (Ei # E.,) + [F" (Ei' EJ - - F, (Ei, E.,)] - f (1), (1) V, (t) F., (EI, EJ -- [F, (Ei, EJ -- F, (Ei, E.,)] - f (t), (2) wobei die Funktionen Fi und F., nur von den Spannungen EI und E, abhängen, während f(t) von den Größen und der Art der Netzwerkelernente abhängt, so daß die durch diese Beziehungen definierten Spannungsformen sich am Ende des vorbestimmten Zeitintervalls schneiden, wobei die Dauer des Intervalls unabhängig von den Größen von E. und E, ist, so daß die relativen Polaritäten der Potentiale an den Bezugspunkten sich am Ende des vorbestimmten Zeitl;n,Lcrvalls ohne Rücksicht auf die Größen von Ei und E, umkehren, und daß schließlich Mittel, die auf di-e Umkehr der Polarität ansprcchen, das Ende des Zeitintervalls markieren. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig wirkenden Verbindungsmittel zwei Transistorschalter enthalten. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erste entgegengesetzt gepolte Dioden die Schalter von den Bezugspunkten und daß zwei zweite entgegengesetzt gepolte Dioden die Bezugspunkte von den beiden Spannungsquellen isolieren. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 456; USA.-Patentschrift Nr. 2 752 511.
DEW27604A 1959-04-14 1960-04-05 Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die nach einer bestimmten Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt Pending DE1171011B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2752511A (en) * 1950-07-31 1956-06-26 British Telecomm Res Ltd Electrical timing circuits
DE1045456B (de) * 1957-02-01 1958-12-04 Siemens Ag Zeitschaltung zur Erzeugung eines Spannungssprunges, der nach einer definierten Zeitspanne auf einen Schaltvorgang folgt

Patent Citations (2)

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