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Monostabiler Multivibrator zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses mit
einer von der Amplitude eines Auslöseimpulses abhängigen Impulsdauer Monostabile
Kippschaltungen werden dazu verwendet, abhängig von Auslöseimpulsen nach einer entsprechend
der Kippzeit der Schaltung bestimmten Zeit ein Ausgangssignal abzugeben. Eine monostabile
Kippschaltung bekannter Bauart ist in F i g. 1 wiedergegeben. Die Kippschaltung
besteht aus den Entladungsstrecken in Form von zwei Transistoren T 1 und T2, die
über ein Widerstandsnetzwerk in wechselseitiger Abhängigkeit an eine Spannungsquelle
angeschlossen sind. Das Zeitglied, das nach einem Auslöseimpuls das Zurückkippen
der Kippschaltung beeinflußt, besteht aus dem Kondensator C und dem Widerstand R.
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Da dieses Zeitglied, insbesondere der Widerstand R, in der Gleichspannungsversorgung
der Kippschaltung angeordnet ist, kann der Widerstand R einen gewissen Mindestwiderstand
und umgekehrt einen gewissen Höchstwiderstand nicht überschreiten, ohne daß das
Arbeiten der Kippschaltung, insbesondere auch die sogenannte Erholzeit, nicht nachteilig
beeinflußt wird. Dies hat dann auch zur Folge, daß für eine gegebene Kippschaltung
die Kippdauer praktisch nur über eine Änderung des Kondensators beeinflußt werden
kann.
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Für spezielle Probleme der Datenverarbeitungstechnik, insbesondere
innerhalb von Regel- und Stellantrieben, werden Schaltungen benötigt, die abhängig
von einer gegebenen Größe, die in einen analogen Amplitudenwert übergeführt werden
kann, zeitlich verschiedene Steuerkriterien abzugeben in der Lage sind. Namentlich
für die übergeordnete Führung und Regelung industrieller Prozesse werden derartige
Schaltungen benötigt, da abhängig von den Ausgangsdaten des den Führungs- bzw. Regelungsprozeß
beeinflussenden Digitalrechners eine unmittelbare Digital-Analog-Überführung im
allgemeinen nicht erwünscht ist, da hierbei im Störungsfall Fehlsteuerungen, die
nicht unerhebliche Folgen haben können, praktisch nicht augeschlossen werden können.
Auch eine Auswertung der Analogwerte durch Handbetätigung der entsprechenden Regel-
oder Stellschieber ist für die Praxis wenig geeignet.
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Wenn nun für die genannten Probleme eine monostabile Kippschaltung
gemäß F i g. 1 eingesetzt werden sollte, dann müßte die Kippzeit abhängig von einem
Analogwert, z. B. der Amplitude eines Auslöseimpulses, beeinflußbar sein. Dazu kommt,
daß für die Beeinflussung der Kippzeit im allgemeinen nur sehr kurze Zeiten zur
Verfügung stehen. Dies hat aber zur Folge, daß der Kippkondensator des Zeitgliedes,
das die Rückkippzeit bestimmt, in der kurzen Zeit auf die gewünschte Amplitude aufgeladen
werden müßte. Da aber, wie ausgeführt, der Widerstand des Zeitgliedes durch die
Eigenheiten der Schaltung im wesentlichen vorgegeben ist, werden insbesondere für
längere Kippzeiten verhältnismäßig große Kondensatoren benötigt, die aber jedenfalls
durch einfache Mittel nicht in der gewünschten kurzen Zeit auf die entsprechende
Spannung gebracht werden können. Um die entsprechend langen Kippzeiten - in Stellenanlagen
werden Kippzeiten bis zu etwa 0,5 Minuten benötigt -zu erreichen, muß bei einer
brauchbaren Größe des Kondensators innerhalb des Zeitgliedes ein verhältnismäßig
hochohmiger Widerstand vorgesehen werden.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung,
die den genannten Anforderungen gerecht wird. Die Schaltungsanordnung hat dementsprechend
das Verhalten einer monostabilen Kippschaltung, deren Kippzeit abhängig von der
Amplitude eines Auslöseimpulses beeinflußt wird. Diese Schaltungsanordnung nach
der Erfindung besitzt ebenso wie die bekannten monostabilen Kippschaltungen ein
aus Widerstand und Kondensator bestehendes Zeitglied in Verbindung mit einer aus
mindestens zwei Entladungsstrecken, vorzugsweise Transistoren, bestehenden Kippschaltung.
Diese Schaltungsanordnung ist im Gegensatz zu bekannten monostabilen Kippschaltungen
dadurch gekennzeichnet, daß das zeitbestimmende Glied (C 1, R 1) getrennt von der
Stromversorgung der Kippschaltung (T1, T2) als Ansteuerglied angeordnet ist, daß
der Auslöseimpuls außer. der Kippschaltung selbst dem Kondensator (C1) des zeitbestimmenden
Gliedes der Kippschaltung über ein nichtlineares Glied (Entkopplungsrichtleiter
D2) zugeführt wird, und dadurch
gekennzeichnet, daß eine
Hilfstaktquelle (HG)
vorgesehen ist und so über das zeitbestimmte Glied
(C1) in Wirkverbindung mit der Kippschaltung steht, daß die Impulse
(über D 1) dann und nur dann die Kippstufe zurücksetzen können, wenn sich der Kondensator
wieder auf einen Wert kleiner als die Amplitude der Impulse der Hilfstaktquelle
entladen hat.
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Hierdurch wird erreicht, daß abhängig von der Amplitude eines Auslöseimpulses
nach genau definierter Zeit erzeugt wird.
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Es ist an sich bei einer selbstschwingenden Anordnung bekannt, die
Umladezeiten durch eine dauernd anliegende Taktfrequenz zu ersetzen, wodurch eine
Frequenzunterteilung erzielt wird. Die bekannte Anordnung ist aber nur zur frequenzkonstanten
Frequenzunterteilung geeignet, und eine Abhängigkeit der Kippzeit von der Amplitude
des Auslöseimpulses ist mit dieser Schaltung nicht möglich.
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In F i g. 2 der Zeichnung ist die Grundschaltung einer Schaltungsanordnung
nach der Erfindung wiedergegeben. Die Schaltung besteht ebenfalls aus den beiden
Transistoren T 1 und T2, von denen voraussetzungsgemäß im Ruhezustand der
Transistor T 1 gesperrt und der Transistor T2 leitend sein soll. Der Kippschaltung
ist das aus dem Kondensator C 1 und dem Widerstand R 1 bestehende zeitbestimmende
Glied zugeordnet. Außerdem ist ein Hilfskontaktgenerator HG vorgesehen, der
Taktimpulse liefert, deren Amplitude sehr viel kleiner als die Versorgungsspannung
für die Kippstufe ist.
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Ein Auslöseimpuls mit negativer Polarität bei der gewählten Art der
Transistoren und der Versorgungsspannung wird über die Eingangsklemme a angelegt.
Dieser Auslöseimpuls lädt den Kondensator C 1 über die Diode D 2 auf seine Amplitude
auf. Die Rückflanke des Auslöseimpulses wird über das Differenzierglied
C2, W 2 und die Entkopplungsdiode D 3 dem Basisanschluß des Transistors
T2 zugeführt, so daß dieser sperrt. Hierdurch ist die Kippschaltung gesetzt.
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Die Rücksetzung erfolgt dann und nur dann, wenn der Kondensator C
1 über R 1 so weit umgeladen ist, daß die vom Hilfstaktgenerator HG gelieferten
Impulse über die Diode D 1 den Transistor T 1 wieder sperren können.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei einer derartigen Schaltungsausführung
der Widerstand R 1 und damit die Kippdauer der Stufe in weiten Grenzen variiert
werden kann, wobei außerdem mittels der Amplitude des bei a eingelegten Auslöseimpulses
eine Beeinflussung der Kippdauer etwa im Verhältnis 1: 10 möglich ist.
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Bei Verwendung von Dioden mit kleinem Sperrstrom, z. B. Siliziumdioden
für die Dioden D 1 und D 2, kann der Widerstand R 1 sehr groß, z. B. 10 MQ, gemacht
werden, so daß bereits mit einem Kondensator von wenigen I,F die gewünschte maximale
Kippdauer von 0,5 Minuten erreicht wird. Da der Kondensator verhältnismäßig kleine
Kapazität besitzt, kann die Aufladung in sehr kurzer Zeit erfolgen. Diese Aufladezeit
beträgt beispielsweise bei einem Kondensator von 5 j auf 10 Volt bei einem Strom
von 0,1 A bis 0,5 ms. Da erfindungsgemäß eine Hilfstaktquelle vorgesehen ist, ist
die gewünschte hochohmige Bemessung des Widerstandes im Zeitglied möglich, da die
Energie für die Rücksetzung der Kippschaltung nicht dem Zeitglied, sondern der Hilfstaktquelle
entnommen wird. Die F i g. 3 zeigt eine Weiterbildung eines Ansteuergliedes innerhalb
einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. In der Figur ist veranschaulicht,
daß für eine weitere Einstellung des Kippdauerbereiches im Rahmen der Erfindung
auch zwei Kondensatoren C 1 und C 1' innerhalb des zeitbestimmten
Gliedes angeordnet werden können, wobei ein an den Punkt b gelegter Impuls lediglich
den Kondensator C 1
und ein an den Punkt c gelegter Impuls beide Kondensatoren
auflädt, so daß dementsprechend für die Kippdauer nur der eine oder beide Kondensatoren
wirksam werden. Die Ausbildung der Kippschaltung erfolgt im übrigen analog der Ausführungsform
nach Fig.2.
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In der Einleitung zu der Beschreibung wurde schon erwähnt, daß die
Schaltungsanordnung nach der Erfindung im besonderen für Regel- und Stellanlagen
verwendet werden soll. Sofern durch eine Kippschaltung nach der Erfindung ein Stellmotor
beeinflußt werden soll, der bekanntlich einen Rechts- und einen Linkslauf besitzen
muß, sofern nicht komplizierte Differentialgetriebe vorgesehen werden sollen, muß
die Schaltungsanordnung zwei verschiedene metastabile Zustände und einen stabilen
Zustand annehmen können.
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Unter Verwendung des Erfindungsgedankens ist dies gemäß Weiterbildung
der Erfindung dadurch möglich, daß das als Zeitglied ausgebildete Ansteuerglied
an einer tristabilen Kippschaltung angeordnet wird. Eine schaltungsmäßige Ausführung
hierfür ist in der F i g. 4 der Zeichnung dargestellt. Der in dieser Figur wiedergegebenen
Kippschaltung ist ein Zeitglied gemäß der F i g. 2 oder auch der F i g. 3 vorgeschaltet,
dem ein Hilfskontaktgenerator in der beschriebenen Weise zugeordnet ist. Die Transistoren
T 4 und T 5 bilden unter sich eine zusätzliche Kippstufe, die aber
auf Grund der Abhängigkeitsschaltung mit dem Transistor T3 nur dann funktioniert,
wenn der Transistor T3 leitend ist. Es sind dann insgesamt die folgenden drei Schaltzustände
möglich: 1. T3 ist gesperrt und T 4 und T 5 leitend.
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2. T 3 und T 5 sind leitend und T 2 ist gesperrt.
3. T 3 und T 4 sind leitend und T 5 ist gesperrt. Der eiste Zustand
sei dem Stillstand des Stellmotors, der zweite dem Rechtslauf und der dritte dem
Linkslauf zugeordnet. Diese Zuordnung wird von dem Steuerpunkt aus über die Hilfseingangsklemme
e und f vorbereitet, wobei am Punkt e dann ein Potential angelegt wird, wenn ein
Rechtslauf und am Punkt f, wenn ein Linkslauf ausgelöst werden soll. Der Setzimpuls
für die aus den Transistoren T4 und T 5 in Verbindung mit T 3 bestehende
Kippschaltung wird dann entweder dem Transistor T5 bzw. T 4 zugeführt. Im übrigen
erfolgt das Zurückkippen der Kippstufe in den Ausgangszustand unter Einbeziehung
des Auslösegliedes in einer der F i g. 2 analogen Weise.
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Für größere Regel- und Stellanlagen wird vielfach eine Mehrzahl derartiger
Kippstufen nach F i g. 2 bzw. 4 benötigt. Um hierbei den Aufwand hinsichtlich Hilfstaktgenerator
und gegebenenfalls des die Auslöseimpulse erzeugenden Digital-Analog-Konverters
möglichst gering zu halten, wird gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens
für diesen Anwendungsfall vorgeschlagen, die einzelnen Kippstufen mit ihren Ansteuergliedern
matrixartig anzuordnen und den für alle Kippstufen gemein-
Samen
Hilfstaktgenerator in an sich bekannter Weise an die Zeilen- bzw. Spaltenleitungen
und den für alle Kippstufen gemeinsamen Auslöseimpulserzeuger an die Spalten- bzw.
Zeilenleitungen über Schaltglieder zur Auswahl einer einzigen Kippstufe anzuschließen
und wahlweise an eine Leitung durchzuschalten.
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Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt die F i g. 5. Die mit den Spaltenleitungen
in Reihe liegenden Transistoren sind im Ruhezustand leitend. Über einen Transformator
mit entsprechend vielen Sekundärwicklungen werden die Impulse des für die ganze
Anordnung gemeinsamen Hilfstaktgenerators an die Spaltenleitungen eingekoppelt.
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Die mit den Zeilenleitungen in Reihe liegenden Transistoren sind normalerweise
so gesteuert, daß die Zeilenleitungen auf einem leicht positiven Potential liegen
und somit alle angeschlossenen Dioden der einzelnen Ansteuerglieder gesperrt sind.
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Sobald nun der Kondensator eines Ansteuergliedes aufgeladen werden
soll, werden ähnlich wie bei anderen Matrixansteuerungen alle Transistoren am Ende
der Spaltenleitungen gesperrt, mit Ausnahme desjenigen, an dessen Spaltenleitung
der aufladende Kondensator angeschlossen ist. Außerdem wird der zur anzuwählenden
Zeile gehörige Transistor über den zugehörigen Widerstand Wh mit einer negativen
Spannung angesteuert, so daß der von dem Digital-Analog-KonverterDAK ausgehende
Ansteuerimpuls den zugehörigen Kondensator aufladen und die Kippschaltung setzen
kann. Die Aufladung erfolgt bis zur Amplitude des Ansteuerimpulses, wodurch, wie
erläutert, die Kippdauer bestimmt ist.
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Es ist vorteilhaft, um eine Beeinträchtigung der Kondensatoraufladung
durch den Hilfstakt zu vermeiden, die Aufladung in der Pause zwischen zwei Taktimpulsen
vorzunehmen oder den Takt des Hilfstäktgenerators so lange zu unterdrücken.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann auch noch auf andere
Weise als beschrieben realisiert werden. Insbesondere sind Kombinationen zwischen
einer Ausführungsform nach F i g. 3 einerseits und Fig.4 und 5 andererseits ohne
weiteres denkbar. Bei einer Matrixanordnung unter Verwendung einer Ausführungsform
nach F i g. 3 muß nur pro Zeile ein Leitungspaar entsprechend den Anschlußklemmen
b, c vorgesehen werden.