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Glimmlampen-Signalstromkreis für eine Transistoren-Zählerdekade Die
Erfindung betrifft eine aus Halbleiterelementen aufgebaute Schaltung zur Signalisierung
der Lage bzw. des Zustandes von Transistoren-Zählerdekaden.
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Bekannterweise ist das Problem der Glimmlampen-Signalisierung des
Zustandes von Elektronenröhren-Zähl.erdioden gelöst. Dies kann nämlich bei Verwendung
von Elektronenröhren deshalb unschwer verwirklicht werden, da die Speisespannung
der Röhren und die zur Betätigung der Glimmlampen benötigte Spannung derselben Größenordnung
angehören; genauer gesagt: Die Röhren vertragen ohne weiteres die für die Glimmlampen
benötigte Spannung. Die an den Anoden der Elektronenröhren -auftretenden Spannungsänderungen
reichen stets aus, die Zündung bzw. Löschung der Glimmlampen zu steuern. Hingegen
sind die Spannungsänderungen in den Stromkreisen von Transistoren-Zählerdekaden
derart klein, daß sie zur Betätigung der gewöhnlichen Glimmlampen nicht ausreichen.
Die Ursache für die geringe Speisespannung der Transistoren ist bekannt.
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Zur Lösung es oben angeführten Problems ist es beispielsweise bekannt,
an Stelle von Germaniumtransistoren z. B. Siliziumtransistoren zu verwenden, da
diese eine höhere Speisespannung aufnehmen können, wobei man zugleich Glimmlampen
mit der kleinstmöglichen Spannung wählt, um ein richtiges Zusammenarbeiten zwischen
dem Wert der Spannungssprünge in der Zählerdekade und der zur Ein-bzw. Ausschaltung
der Glimmlampen benötigten Spannung zu gewährleisten. Die übliche Speisespannung
einer solchen Zählerdekade ist ungefähr 90 V. Ein Nachteil dieses Systems besteht
in dem höheren Anschaffungspreis der Siliziumtransistoren gegenüber dem von Germaniumtransistoren.
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Durch die USA.-Patentschrift 2 869 000 sind Glimmlampenanzeigestromkreise
für transistorierte Zählerdekaden bekannt, bei denen zwischen die Zählerdekade und
die Anzeigeglimmlampe ein aus Widerständen und Transistor bestehender Spannungsteiler
so geschaltet ist, daß der Spannungsabfall an den Glimmlampenpolen durch den Spannungsteiler
einen zum Zünden der Glimmlampe ausreichenden Wert annimmt.
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Eine Anordnung gemäß der genannten USA.-Patentschrift bewirkt eine
Glimmlampenanzeige nur im Dualsystem, d. h., die abzulesende Information ist nur
für einen besonders ausgebildeten Fachmann verwendbar, der in der Lage ist, sie
in das dekadische System umzusetzen. Diese Umsetzung führt leicht zu Fehlern und
benötigt zudem eine gewisse Zeitdauer.
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Mit einer Anordnung gemäß der deutschen Auslegeschrift 1060 434 ist
die Anzeige von Ringzählern gelöst. Zählereinrichtungen dieser Art weisen eine große
Anzahl von Einzelbausteinen auf. Zur Anzeige von 10 Impulsen werden beispielsweise
10 bistabile Multivibratoren verwendet. Die Vielzahl von Bausteinen erhöht die Wahrscheinlichkeit
eines Fehlervorkommens und steht einer kompakten Bauweise entgegen.
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Eine andere bekannte Bauart besteht darin, daß man zur Signalisierung
Niederspannungsglühlampen verwendet. Ein Nachteil dieses Systems besteht in der
großen Wärmeträgheit der Glühspirale, d. h., solche Stromkreise sind für eine höhere
Frequenz ungeeignet.
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Bekannt ist noch das Bestreben, an Stelle einer Zweielektrodenglimmlampe
eine Dreielektrodenglimmlampe zu verwenden, wobei die dritte Elektrode als Zünderelektrode
dient. Diese sogenannten Relaisröhren mit kalter Kathode bewirken eine Zündung schon
bei einem Ansteigen der Zünderelektrodenspannung von 4 bis 5 V, sind also für die
Signalisierung von solchen mit kleiner Speisespannung betätigten Transistoren-Dekaden
geeignet. Nur hat dieses System den Nachteil der Verwendung von teueren Spezialglimmlampen.
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Ferner ist zur Signalisierung eine Kombination von Transistoren und
Elektronenröhren bekannt, bei der die Gitterspannungen der Röhren von den Stromkreisen
der Transistoren-Dekaden gesteuert und die Glimmlampen in die Anodenstromkreise
eingeschaltet sind. Ein wesentlicher Nachteil dieses Systems besteht
in
den größeren Dimensionen, in dem höheren Stromverbrauch und schließlich, aber nicht
zuletzt, in der nachteiligen Wärmeabgabe von den geheizten Röhren an die Transistoren.
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Zweck der Erfindung ist es, diesem Nachteil dadurch vorzubeugen, daß
in dem Aufbau weder die teueren Siliziumtransistoren, noch die kostspieligen Dreielektrodenglimmlampen
verwendet werden, und daß in der Schaltung nur Halbleiterelemente - die sich zur
Transistoren-Dekade bestens eignen - vorkommen.
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Die Erfindung betrifft einen Glimmlampen-Signalstromkreis für eine
Transistoren-Zählerdekade, bei dem erfindungsgemäß ein Pol der Glimmlampe an der
Abzweigung eines aus Widerständen zusammengesetzten Spannungsteilers liegt, in dem
einer der Widerstände vom Kollektor-Emitter-Abschnitt eines Transistors überbrückt
wird, dessen Basis in an sich bekannter Weise an den Kollektoren der entsprechenden
Transistoren der Zählerdekade liegt, und bei welchem Signalstromkreis der andere
Pol der Glimmlampe am Kollektor eines anderen Transistors anliegt, dessen Emitter
wiederum mit einer dem Nullpunkt gegenüber eine konstante, aber höhere Spannung
liefernden Stromquelle verbunden ist, wobei diese Spannung vorzugsweise über einen
zusätzlichen Spannungsteiler aus der zur Speisung der Glimmlampe dienenden Spannung
abgeleitet wird. Hierbei ist ferner die Basis des letztgenannten Transistors mit
einem weiteren aus Widerständen gebildeten Spannungsteiler verbunden, in dem einer
der Widerstände von einem Kollektor-Emitter-Abschnitt eines dritten Transistors
überbrückt wird, und die Basis dieses Transistors liegt am Kollektor des ersten
oder zweiten Transistors der Zählerdekade.
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An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
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In F i g. 1 wird die Ein- und Ausschalttechnik der Glimmlampen zum
besseren Verständnis für die üblichen bekannten Röhrendekaden dargestellt.
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Fi g. 2 zeigt einen Glimmlampen-Signalstromkreis für eine Transistoren-Zählerdekade
nach der Erfindung.
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In F i g. 1 ist die Technik der Ein- und Ausschaltung der Glimmlampen
in Kombination mit den bekannten Elektronenröhrendekaden dargestellt. Bekannterweise
werden zur kompletten Signalisierung einer Zählerdekade zehn Glimmlampen benötigt,
doch wird übersichtlichkeitshalber in der Zeichnung nur eine einzige Lampe gezeigt.
Die Zählerdekade besteht aus vier bistabilen Multivibratoren 1, 2, 3, 4, doch werden
in der Zeichnung nur die Elemente der Schaltung dargestellt, die zum Verständnis
der Arbeitsweise der Glimmlampe notwendig sind. Diese sind die Doppel-Trioden V1,
V2, V3 und V4 und die Arbeitswiderstände R1 ... R8 in deren Anodenstromkreisen.
Die logische Kopplung der Multivibratoren, die Rückkopplung zur Dekadenbildung und
die Beschreibung der Arbeitsweise der Dekade sind fortgelassen, da diese allgemein
bekannt sind.
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Die Elektrode A der Glimmlampe G ist über den Widerstand R9 mit der
linksseitigen Anode der ersten Röhre V1 verbunden. Die Elektrode B ist an je eine
Anode von zwei anderen Röhren über die Widerstände Rio und Rll angeschlossen. Vom
Gesichtspunkt der Erfindung aus ist es gleichgültig, welche zwei Anoden mit jenem
Pol der Glimmlampen, an dem die Spannung gleichzeitig von zwei Anoden zugeführt
werden soll, verbunden sind, denn diese Wahl hängt auch davon ab, welche der Glimmlampen
- der laufenden Nummer nach - gerade arbeitet. Sämtliche Röhrenseiten gelangen durch
den ankommenden gezählten Impuls in den leitenden oder in den Sperrzustand, wodurch
die Spannung an diesen Anoden zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert
sprunghaft wechselt.
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Im vorliegenden Fall leuchtet die Glimmlampe auf, wenn die linke Seite
,der Röhre V1 sperrt und die rechte Seite der Röhren V2 und V3 leitend wird. Dann
erhält die linksseitige Anode der Röhre V1 und zugleich die Elektrode A ein höheres,
dagegen erhalten die rechtsseitigen Anoden der Röhren V2 und 'V3 und zugleich die
Elektrode B ein niedriges Potential, d. h., die zwischen A und
B auftretende Potentialdifferenz genügt, um die Glimmlampe zu zünden. Bei
der Ankunft eines neuen Impulses in der Dekade wird die linke Seite der Röhre V1
leitend, die Anodenspannung sinkt, die Glimmlampe wird gelöscht, und es leuchtet
die in der Nummernreihe nächsfolgende Glimmlampe auf.
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Die Speisespannung von Germaniumtransistor-Dekaden ist zweckmäßigerweise
nicht höher als 10 Volt, daher erreichen die Spannungssprünge an den einzelnen Kollektoren
diese Größenordnung. Deshalb werden im vorliegenden Fall die Glimmlampenpole nicht
unmittelbar mit den Kollektoren der Zähler, sondern mit je einem Spannungsteiler
verbunden und je ein Glied des letzteren wird von einem Transistor überbrückt. Die
Aufgabe des Transistors besteht darin, daß die Proportion der Spannungsteilung durch
den leitenden Transistor geändert wird, und der aus Widerständen bestehende Spannungsteiler
schützt den Transistor im Sperrzustand.
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In F i g. 2 sind identische Bauelemente mit den gleichen Zeichen wie
in F i g. 1 bezeichnet. Die Zählerdekade besteht auch hier aus den bistabilen Multivibratoren
1, 2, 3 und 4, doch werden hiervon in F i g. 2 nur jene Teile gezeigt, welche zum
Verständnis der Erfindung notwendig sind. Die Widerstände R1 ... R8 sind
hier auch .die Arbeitswiderstände der zu den Multivibratoren gehörenden Transistoren
T1 ... T8. Zum Unterschied von der bei der Elektronenröhrendekade üblichen
Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind hier die Elektroden A und
B der Glimmlampe nicht unmittelbar an den Trennwiderständen Ro, Rio und R11,
sondern an Spannungsteiler angeschlossen, deren Glieder von den als Schalter dienenden
Transistoren überbrückt sind. Punkt B der Glimmlampe wird an den aus den Widerständen
R" und R13 zusammengesetzten Spannungsteiler angeschlossen. Der Widerstand R12 wird
vom Transistor T11 überbrückt, und an seiner Basis liegt der gemeinsame Punkt der
Trennwiderstände Rio und R1, Der Spannungsteiler wird von der Spannungsquelle E$
mit Spannung einer zur Betätigung der Glimmlampe notwendigen Größenordnung, z. B.
110 V, gespeist.
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Die Elektrode A der Glimmlampe liegt am Kollektor eines Transistors
Tlo. Die Basis dieses Transistors wird von einem aus den Widerständen R1., R15 und
R14 zusammengesetzten Spannungsteiler gesteuert, und sein Emitter ist mit einer
Spannungsquelle Es von konstantem, aber gegenüber E2 niedrigerem Potential verbunden.
Mit Hilfe eines Ohmschen Spannungsteilers kann die Spannung E3 auch von der Quelle
E2 abgenommen werden. Das untere Glied des an der Basis des Transistors Tlo liegenden
Spannungsteilers
wird vom Transistor T9 überbrückt, wobei dessen
Basis über den Widerstand R9 am ersten Kollektor der Dekade liegt.
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Die Signalisierung arbeitet wie folgt: Wenn der Transistor Tl gerade
leitend ist, ist die Spannung am Kollektor nahezu Null, also der Basisstrom des
Transistors T9 ist sehr klein. Dieser Transistor kommt somit in den Sperrzustand.
Demzufolge liegt der Punkt A1 des Spannungsteilers Ris-R..-R14 auf einem höheren
Potential als E3, folglich kommt Tio in den Öffnungszustand. Wenn nun der Transistor
Tio an dessem Kollektor der Arbeitswiderstand R17 liegt, bis zum Sättigungszustand
ausgesteuert wird, so erscheint an seinem Kollektor praktisch das Potential E3.
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Wenn T1 gesperrt ist, steigt das Potential des Punktes A infolge des
zugleich gesperrten Transistors Tio auf das Niveau von E2. Da in diesem Fall zwischen
dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Ti. die größte Potentialdifferenz
auftritt, kann das Potential E3 nur um so viel kleiner als E2 gewählt werden, als
man für den Transistor zulassen kann.
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Es wurde erreicht, daß an einem Pol der Glimmlampe (nämlich am Punkt
A) das Potential gegenüber Erde relätiv hoch ist, und zwar zwischen den Werten E2
und E3 schwankt.
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Durch öffnen bzw. Sperren des Transistors T11, welcher Vorgang in
diesem Fall von den Transistoren T4 und T6 der Dekade gesteuert wird, schwankt das
Potential des anderen Pols der Glimmlampe, d. h. des Punktes B, zwischen dem Nullwert
und einem anderen Niveau, nämlich dem, das von dem Spannungsteiler Ris und R12 bestimmt
wird, aber den im Spannungszustand befindlichen Transistor T11 noch nicht gefährdet.
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Die Glimmlampe leuchtet, wenn der Transistor T1 der Dekade sperrt,
da in diesem Moment das Potential am Polpunkt A der Glimmlampe vom Niveau E3 auf
das Niveau E2 ansteigt, ferner, wenn gleichzeitig die Transistoren T4 und T6 der
Dekade ebenfalls sperren, da nun T11 öffnet. Dadurch wird der WiderstandR12»kurzgeschlossen«.Folglich
sinkt das Potential am Punkt B der Glimmlampe auf den Nullwert. So entsteht zwischen
A und B die zur Zündung benötigte Potentialdifferenz. Beim Löschen
sinkt das Potential des Poles A, und das Potential des Poles B
steigt
gegenüber Null, d. h., die Potentialdifferenz zwischen A und B sinkt
unter das Niveau der Löschspannung. Der Vorteil besteht darin, daß, da von den Transistoren
T9, Tio, T11, welche einen Teil der Spannungsteiler bilden, nur einige die zur Zündung
der Glimmlampe benötigte, relativ hohe Spannung liefern, und zwar genügt nur ein
Teil der Spannung der Zünd- und Löschspannung der Glimmlampe. Die Transistoren sinken
daher nicht unter eine Restspannung, die das zulässige Niveau übersteigt.