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Aus Transfluxoren und Transistoren gebildete n-stufige elektronische
Ringzählkette mit Überwachungssehaltung Es besteht die Tendenz, mechanische Schaltwerke,
wie z. B. Relaisanordnungen oder rotierende Schalter, die aus einer Vielzahl von
Leitungen entweder einzelne auswählen oder periodisch eine nach der anderen z. B.
zu Prüfzwecken mit einem bestimmten Schaltungspunkt verbinden, durch elektronische
Mittel zu ersetzen. Ebenso ist Bedarf nach Einrichtungen vorhanden, die Impulse
zählen können. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Zählkette,
die sich besonders für die beiden oben aufgeführten Zwecke eignet.
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Transistorkippstufen, Stromtore oder Röhren enthaltende Zählketten
sind bekannt. Bei ihnen ist je-
doch von Nachteil, daß sie entweder einen
relativ großen Leistungsverbrauch haben, der schaltungstechnische Aufwand zu groß
ist oder ihr Platzbedarf in vielen Fällen ihre Verwendung ausschließt. Auch an die
von diesen Zählketten zum Weiterschalten benötigten Impulse müssen oft besonders
scharfe Forderungen in bezug auf Länge und Flankensteilheit gestellt werden. Schließlich
verlieren derartige Zählketten bei Ausfall der Betriebsspannung die eingestellte
Information.
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Vorgeschlagen wurde auch eine Zählkette, deren einzelne Stufen jeweils
einen Transfluxor in Drosselschaltung enthalten. Hier ist nachteilig einerseits,
daß das Verhältnis des Durchlaßwiderstandes einer gekennzeichneten zu einer nicht
gekennzeichneten Stufe relativ klein, die Zählkette zum Einsatz als Wähler daher
weniger gut geeignet ist, andererseits, daß das Umschalten von Stufe zu Stufe nicht
überlappungsfrei ist, daß also kurzzeitig zwei Stufen als gekennzeichnet erscheinen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine die angeführten Nachteile weitgehend
vermeidende, in ihrem Schaltverhalten einem idealen Schalter besser angenäherte,
aus Transfluxoren und Transistoren gebildete n-stufige elektronische Ringzählkette,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihre einzelnen Stufen je einen Transfluxor
in übertragerschaltung mit je
einem nachgeschalteten, über den Transfluxorausgang
steuerbaren Schalttransistor enthalten, wobei der einem eingestellten Transfluxor
nachgeschaltete, für die Dauer der Einstellung niederohmig gesteuerte Transistor
den zugeordneten Zählkettenausgang kennzeichnet, während die n-1 Transistoren der
übrigen, sich im blockierten Zustand befindlichen Transfluxoren gesperrt sind. Die
Transfluxoren zweier aufeinanderfolgender Stufen sind jeweils durch eineUmsteuerschaltung
verkettet, welche einenZählimpuls zur Blockierung des eingestellten und zur Einstellung
des nächstfolgenden Transfluxors auswertet. Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Zählkette an Hand der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
darstellenden Figuren näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die beiden ersten und die n-te Stufe der Zählkette.
Die übrigen Stufen sind vollkommen gleichartig aufgebaut und entsprechen der Stufe
2. Jede der Stufen 1 ... n enthält jeweils einen mit Tsl ... Ts
n bezeichneten Transistor, der über einen mit Ra 1 ...
Ra n gekennzeichneten, den angeschalteten Verbraucher verkörpernden Ausgangswiderstand
kollektorseitig mit der Spannungschiene - U
verbunden ist. Auf der
Emitterseite sind die Transistoren sämtlicher Stufen durch eine als Emitterschiene
Es bezeichnete Koppelleitung zusammengefaßt und über eine aus einem Kondensator
Ce und einen ohmschen Widerstand Re bestehende Parallelschaltung an Masse angeschlossen.
Von den Kollektoren der Transistoren führen jeweils Kondensatoren C 1
... Cn an Masse. Die Basiselektroden der Transistoren sind jeweils über mit
A 1 ... A n bezeichnete Ausgangswicklungen der Transfluxoren
Tl ... Tn mit Masse verbunden. Die Transfluxoren TI ... Tn sind Dreilochtransfluxoren
in der an sich bekannten übertragerschaltung. Wie der Name sagt, ist der Kern dieser
Transfluxoren mit drei Öffnungen versehen, und zwar derart, daß zunächst jeweils
der gesamte Kern einen Flußweg um die erste Öffnung bildet. Dieser Flußweg ist mittels
der in F i g. 1 verwendeten Transfluxorsymbole gekennzeichnet, wenn man sich
die durchgehenden senkrechten Balken der
Transfluxorsymbole zu Kreisen
geschlossen denkt. Die Flußwege um die zweite und dritte Transfluxoröffnung werden
jeweils durch die beiden Rechtecke der in F i g. 1 verwendeten Transfluxorsymbole
dargestellt.
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An den Transfluxoröffnungen, die die Ausgangswicklungen
A 1 ... A n enthalten, sind weitere durch Trl
... Trn bzw. Trl'... Trn' bezeichnete Wicklungen vorgesehen. Dabei wirken
die Wicklungen Tr 1, Tr l'; Tr 2, Tr 2' usw.
jeweils einander entgegen. Die gleichsinnigen Wicklungen (Tr 1 ...
Trn bzw. Trl'. . . Trn# sämtlicher Stufen bilden jeweils eine Serienschaltung,
die einpolig an der Spannungsschiene - U liegen und mit dem anderen Pol an
einen sogenannten Treibergenerator TG, der in F i g. 1 vereinfacht
als Wechselschalter gezeichnet ist, angeschlossen sind. Dieser Treibergenerator
TG
ist eine Schaltungsanordnung, die periodisch mit hoher Folgefrequenz (z.
B. 100 kHz) unipolare Impulse erzeugt und diese abwechselnd den beiden Serlenschaltungen
der Wicklungen Trl ... Trn bzw. Tr 1'. . . Tr n'» zuleitet.
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Diese Impulse bewirken bei einem eingestellten Transfluxor periodische
Flußrichtungsänderungen im Takt der Pulsfrequenz um diejenige Transfluxoröffnung,
die eine der Windungen Trl ... Trn und eine der Windungen Tr 1'.
. . Trn' enthält.
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Von den Kollektoren der Transistoren sämtlicher Stufen führen jeweils
zwei aufeinanderfolgende Stufen verkettende Umsteuerschaltungen, die aus den Dioden
D 1 ... D n, den Transfluxorwicklungen B 1
...
Bn und den Wicklungen E2... En, El der je-
weils nächstfolgenden
Transfluxoren bestehen, zu einer allen Stufen gemeinsamen Leitung Wss, der sogenannten
Weiterschaltschiene, wobei die in die ersten Öffnungen der Transfluxoren eingekoppelten
Wicklungen B 1 ... B n als Blockierwicklungen und die in die
dritten öffnungen eingekoppelten Wicklungen E 1 ... En als Einstellwicklungen
bezeichnet sind. Auf die Transfluxoren der Stufen 2 bis n sind weitere Blockierwicklungen
B 2'. . . B n' aufgebracht und eine aus ihnen gebildete Serienschaltung
über die Diode Do zu einem Stromkreis geschlossen. In die dritte Öffnung des Transfluxors
der Stufe 1 ist zusätzlich eine zweite Einstellwicklung E l' eingekoppelt
und mit der aus den zweiten Blockierwicklungen bestehenden Serienschaltung verbunden.
Die Schaltungspunkte 13, 14 bilden die Endpunkte dieser Serienschaltung.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise der Zählkette ist nun angenommen,
daß der Transfluxor Tl der Stufe 1 eingestellt ist, die Transfluxoren der
übrigen Stufen im blockierten Zustand sind und sowohl der Treibergenerator
TG in Betrieb als auch die Betriebs-spannung U eingeschaltet
ist. Die vom Treibergenerator TG gelieferten Stromimpulse, die die Wicklungen
Trl ... Tr n bzw. Tr 1. . . Tr n' durchfließen,
können daher nur in die Ausgangswicklung A 1 des Transfluxors Tl Spannungen
induzieren. Transistor Tsl wird von jedem zweiten dieser Impulse in den niederohmigen
Zustand gesteuert. Der intermittierende Strom durch den Transistor Ts
1 nimmt den Weg von Masse über den Widerstand Re, den Transistor Ts
1 und den Widerstand Ra 1 zur Spannungsschiene - U, wobei der
Kondensator C 1 die am Kollektor von Transistor Tsl auftretenden Spannungsschwankungen
glättet. Der von diesem Strom an dem Widerstand Re hervorgerufene Spannungsabfall
bewirkt über die Emitterschiene Es ein Verschieben des Emitterpotentials sämtlicher
Transistoren zu negativen Werten hin. Dadurch werden alle übrigen Transistoren im
gesperrten Zustand gehalten.
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Das Umschalten der Zählkette von einer Stufe auf die nächste erfolgt
durch einen an die Weiterschaltschiene Wss gelegten negativen Spannungsimpuls. Da
der Transfluxor Tl eingestellt ist, verursacht der Impuls einen Stromstoß, der von
Masse über die Umsteuerschaltung fließt, die die Stufen 1 und 2 verkettet
und die aus der Diode D 1, der Blockierwicklung B 1 und der Einstellwicklung
E 2 besteht. In der Stufe 1 ist die Diode D 1 durchlässig,
weil der mit ihr verbundene Kondensator C 1 durch den Transistor Tl nahezu
an Masse gelegt ist. Die anderen Dioden D2 ... Dn dagegen sind gesperrt,
weil an ihren Anoden das Potential der Spannungsschiene-U liegt, denn die TransistorenTs2
... Ts n sind auch gesperrt.
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Der Stromstoß durch die Umsteuerschaltung, die die Transfluxoren der
Stufen 1 und 2 verkettet, lädt den Kondensator C 1 negativ auf, blockiert
dabei zunächst den Transfluxor Tl und stellt darauffolgend den Transfluxor T2 ein.
Die Einstellung von Transfluxor T2 erfolgt deshalb erst nach der Blockierung von
Transfluxor Tl, weil das Windungszahlverhältnis von Blockierwicklung zur Einstellwicklung
größer als 1, z. B. 2: 1 ist und daher der Einstellstrom größer als
der Blockierstrom sein muß. Sobald Transfluxor Tl blockiert ist, wird in dessen
Ausgangswicklung A 1 keine Spannung mehr induziert, und der Transistor Tsl
wird gesperrt, weil an der Emitterschiene Es negatives Potential liegt. Dieses negative
Potential wird von dem Kondensator Ce in Abhängigkeit von der Zeitkonstanten Re-Ce
gehalten. Nachdem der TransfluxorT2 eingestellt ist, wird der Transistor Ts2 über
die Wicklungen Tr2 bzw. TrT und die Ausgangswicklung A 2 durch die
vom Treibergenerator TG gelieferten Impulse niederohmig gesteuert.
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Dabei muß zunächst der auf das Potential der Spannungsschiene
- U aufgeladene Kondensator C 2 umgeladen werden. Es fließt ein Strom
von Masse über die von dem Kondensator Ce und dem Widerstand Re gebildete Parallelschaltung
durch den Transistor Ts2 zum Kondensator C2. Dadurch wird das Potential an
der Emitterschiene Es kurzzeitig in Richtung auf größere negative Werte hin verschoben.
Dies wirkt der Durchsteuerung des Transistors Ts2 so lange entgegen, bis der Kondensator
C2 annähernd auf das stationäre Potential der Emitterschiene Es umgeladen
ist. Das überlappungsfreie Umschalten von einer Stufe auf die nächste ist also auf
diese Weise sichergestellt, weil die Potentialänderung an der Schiene Es verzögernd
auf die neu eingeschaltete Stufe wirkt. Bei jedem weiteren an die Weiterschaltschiene
Wss angelegten negativen Spannungsimpuls wiederholen sich die oben beschriebenen
Vorgänge in den jeweils nächsten Stufen der Zählkette, und da die BlockierwicklungBn
des TransflurorsTn der Stufen mit der Einstellwicklung E 1 des Transfluxors
T 1 der Stufe 1
in Reihe geschaltet ist, läuft die Zählkette periodisch
um.
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Wird an die Schaltungspunkte 13, 14 eine Gleichspannung gelegt,
so bewirkt der infolge dieser Spannung fließende Strom die Einstellung der Stufe
1
und die Blockierung aller übrigen Stufen. Auf diese Weise
ist es möglich, die z. B. infolge kurzzeitiger Störungen fehlerhaft schaltende Zählkette
in eine definierte Anfangseinstellung zu bringen, aus der sie nach Abklingen der
Störungen wieder anlaufen kann.
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Das Anlegen dieser Gleichspannung erfolgt vorzugsweise durch einen
elektronischen Schalter 15,
der Bestandteil einer überwachungsschaltung (s.
F i g. 2) ist, die zur erfindungsgemäßen Zählkette gehört. Im folgenden soll
eine bevorzugte Ausführung der überwachungsschaltung näher erläutert werden.
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Da die Zählkette ein sogenannter »1-bit-Ringzähler« ist, also bei
funktionsgerechtem Schalten stets nur eine Stufe der Zählkette Strom führt, so ergibt
sich daraus eine vorteilhafte Möglichkeit, den Schaltzustand der erfindungsgemäßen
Zählkette zu überwachen, wie sie bei Zählketten, die aus Kippstufen aufgebaut sind,
nicht gegeben ist. Der Widerstand Re (s. F i g. 1) liegt in Serie zu allen
Transistorausgängen. Die Größe der an ihm abfallenden Spannung zeigt daher unmittelbar
an, wieviele Stufen der Zählkette niederohmig gesteuert sind.
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Kurzzeitige Sprünge der Betriebsspannung im Weiterschaltmoment oder
fehlerhafte Stufen (jede Stufe der Zählkette ist für sich auswechselbar) können
nämlich bewirken, daß keine oder mehr als eine Stufe der Zählkette Strom führt.
Gerät die Zählkette durch eine Störung in ein ' en solchen Zustand fehlerhafter
Einstellung, dann weicht der Wert der Spannung an dem WiderstandRe entweder nach
unten oder nach oben vom Sollwert ab.
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Zur Prüfung dieser am Widerstand Re abfallenden Spannung, die im folgenden
als Kontrollspannung Uk bezeichnet wird, enthält die überwachungsschaltung eine
Spannungsvergleichsstufe 16.
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Diese vergleicht die Kontrollspannung Uk, die zwischen den Schaltungspunkten
H und Masse liegt, mit einer konstanten Spannung, der Sollspannung U, Dabei ist
anzumerken, daß die Schaltungspunkte H, 13, 14 der F i g. 2 den gleichartig
bezeichneten Punkten in F i g. 1 entsprechen. Die Sollspannung
U, ist gleich der Spannung, die bei Niederohmigkeit einer Stufe der Zählkette
am Widerstand Re abfällt und die dadurch den funktionsgerechten Schaltzustand der
Zählkette kennzeichnet. Weicht der Wert der Kontrollspannung Uk nach unten oder
oben vom Wert der Sollspannung U, ab, so gibt die Spannungsvergleichsstufe
16 über die Leitung 21 ein konstantes Signal so lange ab, solange der Wert
der Kontrollspannung Uk vom Wert der Sollspannung U, abweicht.
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Die Leitung 21 verbindet die Spannungsvergleichsstufe 16 mit
dem Verzögerungsglied 17. Das Verzögerungsglied 17 liegt im Zuge der
Verbindung zwischen der Spannungsvergleichsstafe 16 und dem elektronischen
Schalter 15. Es verzögert die Weitergabe des von der Spannungsvergleichsstufe
16 abgegebenen Signals. Dadurch wird bewirkt, daß kurzzeitige Spannungsschwankungen
am Widerstand Re (vgl. F i g. 1) den elektronischen Schalter 15 nicht
auslösen können. Es entstehen nämlich z. B. bei jedem Weiterschaltvorgang in der
Zählkette kurzzeitige, funktionsgerechte überspannungen am Widerstand Re, die dem
überlappungsfreien Schalten der Zählkette dienen.
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Hat das von der Spannungsvergleichsstufe 16 abgegebene Signal
das Verzögerungsglied 17 passiert, so gelangt es über die Leitung 22 zum
Mischgatter 19, das die Aufgabe hat, die Leitung 23 von der Leitung
22 zu entkoppeln. Die Leitung 23 verbindet die Spannungsvergleichsschaltung
18 mit dem Mischgatter 19.
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Sinkt die zwischen Masse und der Spannungsschiene - U liegende
Betriebsspannung unter einen bestimmten Grenzwert U, ab, so kann dies ebenfalls
zu einem fehlerhaften Schaltverhalten der Zählkette führen. Deshalb wird die Betriebsspannung
ständig durch eine Spannungsvergleichsschaltung 18 überwacht. Diese gibt
ein konstantes Signal auf die Leitung 23, falls der Wert der Betriebsspannung
unter den Grenzwert Ug absinkt.
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Die über die Leitungen 22 und 23 das Mischgatter
19 erreichenden Signale werden gleichartig ausgewertet. Beide führen zur
Abgabe eines konstanten Signals durch das Mischgatter über die Leitung 24. Diese
verbindet das Mischgatter 19 mit dem elektronischen Schalter 15.
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Der elektronische Schalter 15 entspricht in seinem Aufbau einer
signalforinenden Kippstufe. Ist kein Signal auf der Leitung 24, so ist stets die
linke Stufe b des elektronischen Schalters durchgeschaltet, während die rechte
Stufe a sperrL Sobald vom Mischgatter19 her über die Leitung24 dem elektronischen
Schalter 15 ein Signal zugeführt wird, kippt der Schalter. Die Stufe
b des elektronischen Schalters wird stromlos, und die Stufea wird nun durchgeschaltet.
Jetzt fließt durch den Zählkettenschaltungsteil, der zwischen den Schaltungspunkten
13 und 14 liegt, ein Strom. Die Zählkette wird durch diesen Strom über die
zweiten BlockierungswicklundenB2'...Bn' und die EinstellwicklungEl! in die Anfangseinstellung
gebracht. In der Anfangseinstellung führt nur die Stufe 1 der Zählkette Strom.
Der Spannungswert am Widerstand Re entspricht daher nun wieder dem Sollwert. Die
Spannungsvergleichsstufe 16 gibt deshalb kein Signal mehr ab, so daß der
elektronische Schalter 15 wieder in seinen Ruhezustand zurückfallen muß.
Der zwischen den Schaltungspunkten 13 und 14 liegende Zählkettenschaltungsteil
wird stromlos. Die Zählkette kann nun wieder aus der Anfangseinstellung heraus
durch -über die Weiterschaltschiene Wss (vgl. F i g. 1) eintreffende Zählimpulse
fortgeschaltet werden.
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Das Relais 20 kann über Kontakte Schauzeichen od. dgl. betätigen und
hierdurch im Störungsfall Alarm auslösen oder die Anzahl der Störungsfälle der Zählkette
registrieren.
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Die erfindungsgemäße Zählkette kann also zusammen mit der überwachungsschaltung
als Regelstrecke aufgefaßt werden. Störungen der Zählkette werden dadurch ausgeregelt,
daß die Zählkette im Störungsfall in eine definierte Anfangseinstellung gebracht
wird, von der aus sie wieder einwandfrei anlaufen kann. Die Zählkette ist daher
besonders für Aufgaben geeignet, wie sie in der automatisierten Femmeldetechnik
an überwachungseinrichtungen gestellt werden, die sich selbsttätig über ein Leitungsvielfach
fortschalten.