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Schaltungsanordnung zum verzögerten Ansteuern einer dynamischen, bistabilen
Kippstufe Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum verzögerten Ansteuern
einer dynamischen, bistabilen Kippstufe für hohe Frequenzen mit einem im Ruhezustand
immer leitenden Schalttransistor.
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Bekannt sind dynamische Flip-Flop-Schaltungen, .die den Nachteil haben,
daß sie sehr empfindlich von der Ansteuerung her und auch vom Ausgang her sind.
Die Empfindlichkeit begründet sich darin, daß vom Ausgang direkt eine Kapazität
auf die Basis eines Transistors der Kippstufe geführt ist. Jeder positive Störimpuls
vom Ausgang wird eine Sperrung des anderen Transistors in der Kippstufe zur Folge
haben und damit ein Umschlagen des Flip-Flops. Vom Eingang her ist die Empfindlichkeit
genauso groß, da auch hier eine Kapazität direkt vom Aristeuersignal über eine Diode
auf die Basis führt und eine Störspitze steuernd wirken kann. Die Ansteuerung erfolgt
hierbei in Abhängigkeit von der Flankensteilheit und Amplitude. Erreicht ein Störimpuls
die genügende Steilheit bzw. Amplitude, dann wirkt er steuernd, obwohl er dies nicht
tun sollte. Vorbereitet wird das dynamische Flip-Flop, indem man über den Toreingang
den Ansteuerkondensator auflädt. Dann wird über den Kondensatoreingang durch einen
Signalübergang von L nach 0 eine Steuerung erzielt. Hierbei entsteht ein weiterer
Nachteil. Die Spannung am Torwiderstand, die nötig ist, um eine Ansteuerung über
den dynamischen Eingang zu verhindern, muß stets negativer sein als die Spannung
am dynamischen Eingang. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, dann ist es nicht möglich,
durch Voreinstellung eine Ansteuerung zu verhindern.
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Das ebenfalls bekannte störunempfindlichere statische Flip-Flop hat
gegenüber dem dynamischen Flip-Flop den Nachteil, daß es wesentlich aufwendiger
ist und daher teurer. Das Ansteuerungsprinzip des statischen Flip-Flops besteht
darin, daß ein Signal einmal auf ein Und-Glied geführt wird und das gleiche Signal
parallel dazu erst noch negiert wird und dann auf das gleiche Und-Glied wirkt. Die
Negierung erfolgt verzögert durch einen Kondensator. Dadurch wird die Und-Bedingung
am Und-Glied nur ganz kurzzeitig erfüllt, und diese kurzzeitige Übereinstimmung
der Signale am Und-Glied wird dann ausgenutzt, um eine statische Kippstufe zu kippen,
die sich dann selbst hält.
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Es ist auch eine bistabile Kippschaltung zur Vermeidung eines fehlerhaften
Umschaltens durch Störimpulse bekannt, deren beide Schalttransistoren miteinander
und mit je einem Transformator gekoppelt sind und wobei die Steuerung des Kippvorganges
durch die Eingangssignale der Transformatoren erfolgt. Der für diese Schaltung erforderliche
Aufwand an elektronischen Elementen ist jedoch sehr hoch. Zudem werden noch die
beiden Transformatoren sowie fünf verschiedene Gleichspannungen benötigt.
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Weiterhin ist eine elektronische Verzögerungsschaltung bekannt, bei
der ein Kondensator unter unterschiedlichen Zeitkonstanten umgeladen wird und bei
der die Ladespannung des Kondensators eine Kippschaltung steuert, die für die Auslösung
zweier gegensätzlicher Kippvorgänge unterschiedliche Schwellwerte aufweist. Diese
Anordnung ist aber gegenüber Störimpulsen vom Ausgang her nicht unempfindlich genug
und kann so den Kippvorgang infolge eines solchen Störimpulses nicht verhindern.
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Die aufgezeigten Nachteile der bekannten Kippschaltungen werden durch
die Schaltungsanordnung zur Verzögerung der Ansteuerung einer dynamischen, bistabilen
Kippstufe für hohe Frequenzen mit einem im Ruhezustand immer leitenden Schalttransistor
nach der Erfindung vermieden durch ein Netzwerk, bestehend aus einer Diode, einem
Spannungsteiler und einem Kondensator, das zwischen dem steuernden Eingang der Kippstufe
und der Basis des Schalttransistors liegt, der die Ansteuerung der Transistoren
der Kippstufe vorbereitet, und nach Ablauf der Verzögerungszeit über ein weiteres
Netzwerk, bestehend aus dem Kollektorwiderstand des Schalttransistors, zwei weiteren
Kondensatoren, zwei Zenerdioden und einer Kombination von drei Dioden, das zwischen
den Kollektor des Schalttransistors und die beiden Basen der Transistoren der Kippstufe
geschaltet ist,, durchgeführt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Kippstufe nach der Erfindung ist dem Prinzip nach eine dynamische Schaltung,
aber es wird verhindert, daß der Ansteuerimpuls sofort die Kippstufe steuern kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß durch den Ansteuerimpuls, der an den Eingängen 1
bzw. 2 in Form eines L-O-überganges
vorliegen muß, zunächst über
einen Kondensator 3 bzw. 4 ein Schalttransistor 5, der im- Ruhezustand immer leitend
ist, gesperrt wird. Es sei angenommen, daß die Ansteuerung der Schaltung über den
Eingang 1 erfolgt. Am Eingang 1 liegt eine Diode 14, die über den Kondensator 3
die Basis des im Ruhezustand. immer leitenden Schalttransistors 5 steuert. Jetzt
wird ein L-O-Übergang am Eingang 1 steuernd wirken unter der Voraussetzung, daß
eine Ansteuerung an diesem Eingang ein Kippen der Kippstufe bewirken könnte. Wenn
also die Kippstufe schon die Stellung hat, die eine Ansteuerung am Eingang 1 bewirkt,
dann wäre keine Ansteuerung auf den Transistor 17 der. Kippstufe erforderlich, und
aus diesem Grund wird sie auch nicht ausgeführt. Dies wird erreicht, indem über
die Dioden 6 und 31 vom Ausgang her verhindert wird, daß der Kondensator 3 sich
überhaupt aufladen kann. Daher kann er auch keine Steuerung ausführen. Wäre jedoch
eine Ansteuerung am Eingang sinnvoll, damit die Kippstufe in die andere Lage_
gekippt werden könnte, dann müßte als Voraussetzung der Kondensator 3 über den Widerstand
7 sich aufgeladen haben. Jetzt könnte ein L-0--übergang am- Eingang 1 bewirken,
daß über den Kondensator 3 der Schalttransistor 5 zeitweise gesperrt würde. Bei
der Sperrung dieses Transistors wird an seinem Kollektor die .Spannung ansteigen
wollen, und zwar positiv, da nämlich über den Widerstand 11 die volle Betriebsspannung
auf den Kollektor des Schalttransistors 5 gelangen würde. Dieser hängt jedoch an
zwei Kapazitäten 9 und 10: Wird also jetzt der Schalttransistor 5 zufolge einer
Ansteuerung zeitweise gesperrt, dann beginnen, verursacht durch das L-O-Signal am
Eingang 1, die Kondensatoren 9 und 10 mit einer Zeitkonstante, die durch die Kapazität
dieser beiden Kondensatoren, durch den Widerstand 11 sowie die resultierenden Widerstände
beider Basen ermittelt wird, sich aufzuladen. Die Aufladung dieser Kondensatoren
ist notwendig, um eine Ansteuerung der Kippstufe vorzubereiten. Handelt es sich
hierbei um eine gewünschte Ansteuerung, dann wird der Schalttransistor 5 eine genau
begrenzte Zeit gesperrt sein. Diese Verzögerung ist definiert durch die Zeitkonstante
des Kondensators 3 und durch den Widerstand 38. Diese Zeit ist dann ausreichend,
um die Kondensatoren 9 und 10 so weit aufzuladen, daß durch das Zurückkehren des
Transistors 5 in den leitenden Zustand eine Ansteuerung der Kippstufe erfolgt. Der
Vorteil gegenüber der dynamischen Schaltung liegt jetzt darin, daß ein L-0-übergang
am Eingang, wenn er von Störspannungen herrührt, d. h. von einem Nadelimpuls oder
auch von einer langzeitigen Störung mit geringer Steilheit, nicht die Ansteuerbedingung
erfüllt. Ein Nadelimpuls, der jedes dynamische Flip-Flop kippen würde, würde bewirken,
daß der Schalttransistor 5 nur für eine kurze Zeit gesperrt würde. Diese Zeit wäre
zu kurz, um die Kondensatoren 9 und 10 so weit aufzuladen, daß ein Steuern der Kippstufe
erfolgen könnte. Ein zweiter möglicher Störspannungsfall ist eine langzeitige Störung
mit geringer Flankensteilheit. Diese Flanke wird unwirksam, da der Kondensator 3
zu langsam entladen würde; der Schalttransistor 5 bliebe leitend. Bei der Schaltungsanordnung
nach der Erfindung sind also drei Bedingungen zu erfüllen, damit eine Ansteuerung
der Kippstufe erfolgen kann. Die erste Bedingung ist, daß die Flankensteilheit ein
bestimmtes Maß nicht unterschreiten darf. Die zweite Bedingung ist, daß das Signal
0" eine definierte Zeit nach dem L-0-Übergang anstehen muß. Als dritte Bedingung
ist eine Mindestamplitude erforderlich. Der- Kondensator 3 wird nicht mit voller
Betriebsspanung aufgeladen, -.sondern die Spannung wird durch Zenerdioden 12, 13
und die Dioden 6, 32 begrenzt. Diese drei Bedingungen werden durch die praktisch
auftretenden Störungen nicht erfüllt, weshalb Störspannungen keine Ansteuerung bewirken.
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Die Zenerdioden haben jedoch noch eine weitere Funktion. Von dem Kollektorwiderstand
15 des Transistors 17 wird über die Diode 18 eine Verbindung zum Basisspannungsteiler,
bestehend ausWiderstand 16, der Zenerdiode 13 und dem Widerstand 37, eines weiteren
Transistors 19 der Kippstufe hergestellt. Dadurch ist auch vom Ausgang 20, 21 her
eine Sicherung gegen eingekoppelte Störungen ein= gebaut, da die Zenerspannung unter
dem Pegel des Ausgangssignals liegt.
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Es ist möglich, Kippstufen in Oder-Funktion anzusteuern. Das wird
dadurch erreicht, daß mehrere Netzwerke, bestehend aus je einer Diode, einem Spannungsteiler
und einem Kondensator, an die Basis des Schalttransistors 5 geführt werden. Welches
dieser Netzwerke das Kippen bewirkt, wird durch die Signale an den vorbereitenden
Eingängen 22, 23 bestimmt. Mit dieser Anwendung können getaktete dekadische und
binäre Zählungen aufgebaut werden.
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Der Widerstand 25 ist der Kollektorwiderstand des Transistors 19,
die Widerstände 26,27 bilden einen weiteren Spannungsteiler; die Dioden 28,
29, 30 liegen an den entsprechenden Eingängen 2, 22, 23; während die Dioden 31 und
32 den schon erwähnten Dioden 18 und 6 entsprechen.
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Eine Diodenkombination 33, 34, 35 gehört zu dem Netzwerk, das die
Ansteuerung der Transistoren der Kippstufe durchführt. Die Widerstände 36, 37 sind
Basisableitwiderstände, während mit 38 der Basiswiderstand des Schalttransistors
5 bezeichnet ist.