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Bistabile Kippschaltung Von den in Steuer- und Regeleinrichtungen
verwendeten bistabilen Kippschaltungen (Gedächtnisschaltungen) wird häufig gefordert,
daß sie ihren Schaltzustand auch bei Netzspannungsausfall aufrechterhalten, damit
bei Wiederkehr der Netzspannung keine Fehlkommandos an die Steuerorgane gegeben
werden. Zur Erfüllung dieser Bedingung sind bereits verschiedene Schaltungen bekanntgeworden,
die zum größten Teil auf magnetischer Remanenz beruhen. Die bekannten Schaltungen
erfordern entweder relativ komplizierte Schaltungen oder, sofern der Schaltungsaufbau
einfach gehalten ist, erfüllen nicht ausreichend die in der Praxis zu stellenden
Anforderungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das geschilderte Problem
in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu lösen.
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Es ist bereits eine bistabile Kippschaltung mit einem Magnetkern und
einem Hallgenerator bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung ist der Hallgenerator
elektrisch im Steuerkreis eines Transistors derart angeordnet, daß abhängig von
der Größe bzw. Polarität der Ausgangsspannung des Haugenerators der Transistor ausgesteuert
oder gesperrt wird. Weiterhin ist bei der bekannten Anordnung eine Rückkopplungswicklung
vorgesehen, die einen das remanente Feld unterstützenden Magnetfluß in dem Kern
abhängig von dem Schaltzustand des bzw. der Ausgangstransistoren erzeugt.
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Die bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Transistoren
nicht mit gleichpoligen Signalen ausgesteuert werden können, ohne daß eine Umpolung
des Eingangsstromes vorgenommen werden muß. Die Kippschaltung gemäß der Erfindung
weist diesen Nachteil nicht auf und erlaubt ohne eine Umpolung des Eingangsstromes
die Ansteuerung der Transistoren mit gleichpoligen Signalen.
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Es ist weiterhin eine auf dem Hall-Effekt beruhende bistabile Kippschaltung
bekanntgeworden, bei der eine Rückkopplung angewendet und nur ein einziger Hallgenerator
verwendet wird. Der Hallgenerator ist mit drei Elektroden versehen und derart angeordnet,
daß er unter Einwirkung zweier einander entgegengesetzter Magnetfelder steht, die
in Reihe mit einer Gleichstromquelle je zwischen einer der drei Elektroden und der
dritten Elektrode des Hallgenerators geschaltet sind. Der Erregerstrom durch den
Haugenerator und durch die Wicklungen erzeugt ein magnetisches Feld, welches diesen
Strom nach einer der je mit einer der Wicklungen verbundenen Elektrode ablenkt.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie nicht zur Aufrechterhaltung des
Schaltzustandes bei Netzspannungsausfall verwendet werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Kippschaltung mit zwei
Transistoren und einer auf magnetischer Remanenz beruhenden Einrichtung zur Aufrechterhaltung
des Schaltzustandes bei Netzspannungsausfall, mit auf einem zumindest teilweise
aus hochremanentem Material bestehenden Magnetkreis, der in einem Luftspalt einen
Hallgenerator enthält, dessen Hallelektroden galvanisch mit den Steuerelektroden
der Transistoren verbunden und zwei einander entgegenwirkende gleiche Wicklungen
auf dem Magnetkreis angeordnet sind, die jeweils im Arbeitskreis eines Transistors
liegen. Die neue Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge mit den Eingangsgruppen
über die Kollektor-Basis-Strecke eines Transistors und über die Hallelektroden sowie
jeweils eine Hauelektrode mit jeweils einer Eingangsgruppe galvanisch verbunden
sind.
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Die Erfindung macht von den bekannten Eigenschaften eines Hallgenerators
Gebrauch, der in einem magnetischen Kreis mit Remanenz angeordnet ist. Bekanntlich
lassen sich auf diese Weise Schaltzustände beliebig oft und ohne Zerstörung der
Information abfragen. Durch Rückkopplungsmaßnahmen wurden auch bereits Kippeigenschaften
derartiger Haugeneratoren erzielt.
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Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch um eine besonders wirksame
und zweckmäßige Kombination eines Hallgenerators, dessen Eisenkreis Remanenzeigenschaften
aufweist, mit zwei Transistoren, in deren Arbeitskreis die Erregerwicklungen des
Hallgenerators liegen. Dank der Fortschritte der moderneu
Hallgeneratortechnik
ist es möglich, den Eisenkreis außerordentlich klein zu bemessen, so daß die Aufrechterhaltuniz
des Schaltzustandes bei Netz-
| spannungsausfall mit geringstem Raumbedarf ermög- |
| licht werden kann. |
| Zur näheren Erläuterung der Erfindung und ihrer |
| Einzelheiten seien im folgen&en ÄuSILÜ1111Y1@@0e1s@1@1@ |
| erläutert, die in der Zeichnung schematisch darge- |
stellt sind.
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F i g. 1 zeigt zunächst den Aufbau des Eisenkreises für den Hallgenerator,
wie er beim Erfindungsgegenstand verwendet werden kann. Der Eisenkreis besteht aus
Ferritteilen 1, 2, 3, 4 mit kleiner Koerzitivkraft und einem Mittelschenkel 5 aus
Ferrit hoher Remanenz. Zwischen Mittelschenkel und einem Ferritteil ist die Halbleiterschicht
des Hallgenerators 6 angeordnet, wobei die elektrischen Anschlüsse der Einfachheit
halber nicht dargestellt sind. Auf dem Mittelschenkel sind zwei gleiche, einander
entgegenwirkende Erregerwicklungen 7 und 8 vorgesehen. Als Anhaltspunkt für die
Abmessungen des in F i g. 1 dargestellten Eisenkreises sei angeführt, daß die Dicke
der Ferritteile 1 und 3 in der Größenordnung weniger Millimeter liegen kann.
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In F i g. 2 ist die Schaltung einer kompletten bistabilen Kippschaltung
als Gedächtnisstufe einer kontaktlosen Steuereinrichtung dargestellt. Die Gedächtnisstufe
ist mit sechs Eingängen 01, 02, 03 bzw. 11,
12 und 13 versehen, die
jeweils untereinander gleichberechtigt sind (Oder-Funktion). Die Eingänge sind an
die Steuerelektrode je eines Transistors 15, 16 geführt, die über einen gemeinsamen
Emitterwiderstand 17 mit dem positiven Pol P der Spannungsquelle verbunden sind.
Im Arbeitskreis der Transistoren 15 und 16 sind Kollektorwiderstände 18, 19 sowie
die beiden Erregerwicklungen 7 bzw. 8 für den Hallgenerator angeordnet. Die Kollektorwiderstände
sind miteinander und mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden; an ihnen
werden die Ausgangsklemmen A 0 und A 1 angeschlossen. Die Richtung
der Kollektorströme der Transistoren und damit die Richtung der magnetischen Erregung
für den Hallgenerator 6 ist bei den beiden Wicklungen 7 und 8 angedeutet.
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Die Steuerstromelektroden des Hallgenerators sind über je einen Widerstand
20, 21 mit dem Punkt P bzw. mit dem Mittelpunkt Mp der Spannungsquelle verbunden.
Dadurch erhält der Hallgenerator einen konstanten Steuerstrom, dessen Größe durch
Einstellung der Widerstände 21 und 22 beeinflußt werden kann. Die Hauelektroden
sind über je einen Vorwiderstand 22, 23 mit den Steuerelektroden der Transistoren
15 und 16 verbunden.
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Es ergibt sich folgende Wirkungsweise: Wird beispielsweise an einen
Eingang des Transistors 16 Signal in Form einer negativen Spannung angelegt, so
wird dieser Transistor durchlässig, und es fließt Strom über die Wicklung B. Das
dabei entstehende magnetische Feld erzeugt eine Hallspannung, deren negatives Potential
an der Steuerelektrode des Transistors 16 und deren positives Potential an der Steuerelektrode
des Transistors 15 liegt. Letzterer wird somit zuverlässig gesperrt. Am Ausgang
A 1 steht
| daher die volle negative Spannung, während der Aus- |
| gang A o auf dem Potential von mp siegt. somit
1Vuii- |
| Signal führt. Dieser Zustand hleiElt auch aann erh@l- |
| tell, Wellll däS Siglläl vom Einfand des Transistors |
16 entfernt wird. Wird nunmehr an einen der Uingänge des Transistors 15 Signal angelegt,
so wird der magnetische Kreis ummagnetisiert, so daß nun der Transistor 16 gesperrt
wird und am Ausgang A
0
negatives Potential herrscht, während der Ausgang
A 1 Nullsignal führt.
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Die Schaltzustände bleiben erhalten, wenn man etwa die Spannungsquelle
abschaltet und dann wieder mit der Kippschaltung verbindet, da die Remanenz im Mittelschenkel
5 bei Wiederkehr der Netzspannung eine Hallspannung erzeugt, die die gleiche Polarität
wie vor dem Netzspannungsausfall hat.
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Nach Wunsch kann man den Steuerstrom des Hallgenerators auch aus einer
getrennten Quelle 24 beziehen, wie in F i g. 3 dargestellt. Im übrigen bleiben Aufbau
und Wirkungsweise praktisch unverändert.
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Zur Realisierung des Erfindungsgegenstandes gibt es abweichend von-
den Ausführungsbeispielen verschiedene Möglichkeiten. So kann man z. B. den Eisenkreis
als Topfkern ausbilden, auf dessen Mittelteil die Erregerwicklungen aufgeschoben
werden. An Stelle geeigneter Ferrite kann man auch Magnetbleche mit den geforderten
Eigenschaften heranziehen, die als Schnittband- oder Schachtelkerne ausgebildet
sein können. Da für die Aussteuerung der Transistoren nur verhältnismäßig geringe
Spannungen und Ströme erforderlich sind, genügt eine kleine Typengröße für den magnetischen
Kreis.