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Monostabile Kippstufe mit einstellbarer Eigenzeit Die vorliegende
Erfindung betrifft eine monostabile Kippstufe mit einstellbarer Eigenzeit als Zeitglied
in kontaktlosen Steuer- und Regelanlagen. Kippstufen dieser Art sind bekannt; sie
haben die Eigenschaft, daß sie mit der eingestellten Eigenzeit ablaufen, wenn sie
einmal durch einen Impuls angestoßen worden sind. Weitere während des Ablaufs der
Eigenzeit eintreffende Eingangsimpulse werden nicht registriert.
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In der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik sowie in der Bahnsicherungstechnik
tritt häufig die Aufgabe auf, Kippstufen solcher Art in ihrem Funktionsablauf dahingehend
zu verändern, daß auch auf den ersten Eingangsimpuls folgende Impulse - soweit sie
in die Eigenzeit der Kippstufe fallen - ausgangsseitig ausgeworfen werden. Dabei
besteht die weitere Forderung, beim Eintreffen des auf den ersten Impuls folgenden
Impulses die Lauf- oder Eigenzeit der Kippstufe zu unterbrechen, aber dann in vollem
Umfang zum Ablauf zu bringen, wenn der letzte Impuls der Eingangsimpulsserie eingelaufen
ist.
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Eine solche Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerimpulse
zur Steuerung der Kippstufe über eine Eingangsklemme einerseits dem Eingang eines
aus einer RC-Kombination bestehenden, ausgangsseitig mit einem der Eingänge der
Kippstufe verbundenen Integrierglieds und andererseits dem Eingang eines aus einer
RC-Kombination bestehenden Differenzierglieds zugeführt werden, dessen Ausgang den
Kippstufenausgang beeinflußt.
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Die Erfindung gewährleistet beispielsweise, einen Bahnübergang zu
sichern: Ordnet man dem Gleisbett einen Impulsgeber zu, der jedesmal dann einen
Impuls abgibt, wenn ein Wagen oder eine Achse des Zuges die Gleisstelle passiert,
und werden die Impulse dieses Impulsgebers auf einen Eingang der Kippstufe nach
der Erfindung gegeben, so wird die Kippstufe, wie später näher erläutert wird, laufend
hin und her gekippt, die eingestellte Eigenzeit der Kippstufe aber erst dann zum
vollen Ablauf gebracht, wenn der letzte Impuls eingegeben ist, d. h. der letzte
Wagen oder die letzte Achse des Zuges die Gleisstelle passiert hat. Erst nach Ablauf
dieser Eigenzeit wird durch nicht näher zu erläuternde Maßnahmen die geschlossene
Schranke am Bahnübergang geöffnet.
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Natürlich ist die Erfindung auf diese Anwendungsmöglichkeit nicht
beschränkt.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung der erfindungsgemäßen monostabilen
Kippstufe sei nachstehend an Hand von drei Figuren näher erläutert.
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In der F i g. 1 ist eine schematische Darstellung der Zuordnung eines
Integriergliedes 1 und eines Differenziergliedes D zur Kippstufe K veranschaulicht.
Das Integrierglied 1 wirkt über die Zenerdiode Z auf einen Eingang der Kippstufe
K ein, während das Differenzierglied D über einen Schalter S,
der,
wie im folgenden gezeigt wird, auch entbehrlich ist, den Ausgangskreis der Kippstufe
K beeinflußt. Die Ausgangsimpulse können am Ausgang der Kippstufe K abgenommen werden
oder noch über ein Glättungsglied G dem Ausgang A zugeführt werden. Die über die
Klemme K einlaufenden Eingangssteuerimpulse beaufschlagen gemeinsam sowohl das Integrierglied
I als auch das Differenzierglied D. Die Dbertragungsrichtung ist durch Pfeile hervorgehoben.
Zur Entkopplung der Eingangskreise des Integriergliedes und des Differenziergliedes
sind Dioden DI und D2 vorgesehen, aus deren Polung erkennbar ist, daß die Eingangssteuerimpulse
gegenüber einem Bezugspotential negative Impulsspannungen sind. Liegen dagegen positive
Impulsspannungen als Eingangssignale vor, so ist die Polung dieser Dioden umzukehren.
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In der F i g. 2 sind die Schaltungseinzelheiten sowohl der Kippstufe
K, des Integriergliedes I, des Differenziergliedes D als auch
des Schalters S veranschaulicht.
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Die einzelnen Baugruppen sind in mit unterbrochenen Linien gerahmten
Zeichnungsteilen dargestellt.
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Die in ihrem Aufbau und ihrer Arbeitsweise bekannte monostabile Kippstufe
K enthält zwei Transistoren T1 und T2, deren Emitter auf Bezugspotential M, d. h.
dem Mittelpunkt einer Batterie liegen, deren positiver Pol mit P und deren negativer
Pol mit N bezeichnet ist. Die Basis des Transistors T1 ist über Vorwiderstände REl,
R_, 2, RE 3 mit Eingangsklemmen El, E2, E3 verbunden und überdies über den
Kompensationswiderstand Rp 1 mit dem positiven Batteriepol P verbunden. Der Kollektor
des Transistors
Ti ist über die Diode D3 und den Kollektorwiderstand
Rc 1 mit dem Betriebspotential N verbunden. Der Kollektor des Transistors T, ist
des weiteren über den Kondensator Ci an die Basis des Transistors TZ angeschlossen,
die außerdem über den regelbaren Widerstand Ri und den Strombegrenzungswiderstand
Rt, an das negative Betriebspotential N gelegt ist. An dieses Potential ist auch
der Kollektorwiderstand RC 2 des Transistors T2 angeschlossen. Schließlich
ist der Kollektor des Transistors T2 mit der AusgangsklemmeAi verbunden. Die Eigenzeit
der veranschaulichten Kippstufe K ist durch Verändern des Widerstandes Ri einstellbar.
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Maßgeblich für die gewünschte Eigenzeit ist die Zeitkonstante der
Widerstandskondensatorkombination R1C1. Wird, wie veranschaulicht, der Ausgang A1
auf einen der Eingänge - hier Eingang E3 - rückgekoppelt, so genügt ein kurzer gegenüber
dem Potential M negativer Eingangsimpuls auf eine der Klemmen Ei bzw. E2, um für
die Dauer der mittels Ri eingestellten Eigenzeit am Ausgang A1 eine gegenüber M
negative Signalspannung, das sogenannte L-Signal, zu erhalten. Werden innerhalb
der ablaufenden Eigenzeit weitere Impulse auf einen der Eingänge gegeben, so verändert
sich das ausgangsseitige Impulsbild nicht: der Ausgang A1 führt nach wie vor dauernd
L-Signal bis zum Ablauf der Eigenzeit, wonach er 0-Signal führt.
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Um jedoch entsprechend der eingangs umrissenen Aufgabe sicherzustellen,
daß jeder neue Impuls am Eingang des Kippers dessen Rückstellung und Wiederauslösung
bewirkt, sind das Integrierglied 1 und das Differenzierglied D vorgesehen.
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Das Integrierglied I besteht aus der Reihenschaltung der beiden Widerstände
R2 und R3 parallel zum Integrierkondensator C2. Eingang der Integrierschaltung ist
der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R2 und R3, an den die Eingangsimpulse
über die Diode Dl angelegt werden. Der Ausgang des Integriergliedes ist mit X bezeichnet;
er ist der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R3 und dem Integrierkondensator
C2. Die Verbindung zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2 liegt auf Bezugspotential
M, während die Ausgangsklemme X über die Zenerdiode Z mit der Eingangsklemme EI
der Kippstufe K verbunden ist.
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Das Differenzierglied besteht aus dem Differenzierkondensator C3 und
dem Widerstand R4 in Reihenschaltung. Der Verbindungspunkt zwischen Kondensator
C3 und Widerstand R4 ist die Eingangsklemme des Differenziergliedes, über die die
Eingangsimpulse über die Diode D2 angelegt werden. Das freie Ende des Widerstandes
R4 liegt auf Bezugspotential M. Die Ausgangsklemme des Differenziergliedes ist das
freie Ende des Kondensators C3.
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Besteht die Aufgabe - wie oben dargelegt -, daß jeder auf den ersten
Eingangsimpuls folgende Impuls, der innerhalb der Eigenzeit der Kippstufe einläuft,
eine Rückstellung der Kippstufe und ihre Wiederauslösung hervorrufen soll, so ist
es erforderlich, den Ausgangstransistor T2 der Kippstufe K kurzzeitig wieder leitend
zu machen, um die bestehende Rückkopplung seines Kollektors zur Basis des Eingangstransistors
Ti aufzuheben. Dies läßt sich, wie veranschaulicht, dadurch erreichen, daß das differenzierte
Eingangssignal am Ausgang des Differenziergliedes D einem Schalter, z. B. einem
Transistor, zugeführt wird, der den Ausgang Al der Kippstufe einige Zeit kurzschließt.
Um dies zu ermöglichen, ist im Beispiel als Schalter der Transistor T3 vorgesehen,
der basisseitig mit dem Ausgang des Differenziergliedes D verbunden ist, emitterseitig
auf Bezugspotential M liegt, kollektorseitig über den Kollektorwiderstand Rc, mit
dem negativen Bezugspotential N verbunden ist und überdies beim Punkt Y an den Ausgang
A1 des Ausgangstransistors T2 der Kippstufe K angeschlossen ist. Beim Ansteuern
der Basis des Transistors T3 durch den Differenzierimpuls wird der Transistor T3
durchlässig, d. h. seine Kollektor-Emitter-Strecke nimmt einen sehr kleinen ohmschen
Widerstand an, was bedeutet, daß der L-Signal führende Ausgang A, mit dem Bezugspotential
M verbunden, also kurzgeschlossen wird. Damit nimmt die Ausgangsklemme A, der Kippstufe
K zwangläufig das Potential M an, was ein Zurückkippen der Kippstufe in ihre Ruhelage
zur Folge hat.
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Ein entsprechender Eingriff in die Arbeitsweise der Kippstufe K kann
auch erreicht werden, wenn man das differenzierte Eingangssignal am Ausgang des
Differenziergliedes D, vorzugsweise über Entkopplungsdioden (nicht veranschaulicht),
der Basis des Ausgangstransistors T2 der Kippstufe K zuführt. In diesem Fall wäre
der Schalter S, d. h. der Transistor T3, entbehrlich. Im Hinblick darauf jedoch,
daß monostabile Kippstufen der veranschaulichten Art in der Regel allseits bis auf
die Eingangsklemmen E und die Ausgangsklemme A1 sowie gegebenenfalls den Anschluß
für das Zeitglied R1C1 abgeschlossen und jeweils in einem Flachbaustein vergossen
sind, wäre die Basis des Transistors T2 meist nicht ohne weiteres zugänglich. In
solchen Fällen wäre die Zuordnung des Schalters S - wie veranschaulicht -zwischen
Differenzierglied D und Kippstufe K notwendig.
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Das integrierte Eingangssignal gelangt über das Integrierglied
I zum Punkt X und muß in seiner Amplitude erst so weit ansteigen,
daß es den durch die Zenerdiode Z vorgegebenen Wert übersteigt. Nach überschreiten
dieses Schwellwertes gelangt das negative Eingangssignal auf den Eingang Ei.
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Befindet sich die Schaltungsanordnung in ihrer Ruhelage, so wird der
erste Eingangsimpuls, der über die Eingangsleitung E zugeführt wird, über das Integrierglied
I dem Eingangskreis der Kippstufe zugeführt. Der vom Differenzierglied D differenzierte
Eingangsimpuls übt keine Wirkung aus, da sich die Kippstufe vor Wirksamwerden des
integrierten Signals noch in der Ruhelage befindet. Danach wird durch das integrierte
Eingangssignal die Kippstufe zum Ansprechen gebracht, d. h. ihr Ausgang A, liefert
dann L-Signal, das normalerweise so lange ansteht, bis die Eigenzeit - eingestellt
durch R,C1 der Kippstufe - abgelaufen ist. Folgt aber innerhalb der ablaufenden
Eigenzeit ein zweiter Impuls über den Eingang E nach, so wird zunächst durch den
differenzierten Impuls mittels des Schalters S der Ausgang A1 der Kippstufe kurzgeschlossen
und damit die Kippstufe in die Ruhelage zurückgestellt. Ihr Ausgang führt jetzt
0-Signal. Diese Rückstellzeit wird beendet und der Kipper wieder in die Arbeitslage
umgesteuert, sobald das über das Integrierglied und die Zenerdiode Z zugeführte
Eingangssignal die zur Ansteuerung der Kippstufe notwendige Amplitude aufweist.
Nunmehr führt der Ausgang A1 der Kippstufe K wieder L-Signal, und zwar so lange,
bis die über R1Ci eingestellte Eigenzeit abgelaufen ist oder
innerhalb
dieser Eigenzeit ein weiterer Eingangsimpuls eintrifft.
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Um ein sicheres Arbeiten der Kippstufe in dem gewünschten Sinn zu
gewährleisten, soll die Impulsdauer des Eingangssignals größer sein als die Rückstellzeit
der Kippstufe. Außerdem soll die von dem Differenzierglied D über den Schalter S'
eingeleitete Rückstellzeit kleiner als die Aufladezeit des Differenziergliedes D
sein. In der F i g. 3 sind in den Kurvenzügen a bis f die einzelnen
Arbeitsphasen näher veranschaulicht.
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Die F i g. 3, a zeigt die auf den Eingang E gegebene Eingangsimpulsfolge.
Die integrierte Impulsfolge am Punkt X ist in der F i g. 3 b veranschaulicht, während
in der F i g. 3, c die differenzierte Impulsfolge am Punkt Y dargestellt ist. Folgt
auf den ersten Eingangsimpuls ein weiterer Impuls innerhalb der Eigenzeit nicht
mehr nach, so ergibt sich ein Arbeitsablauf, wie er in der F i g. 3, d veranschaulicht
ist, d. h., nach Eintreffen des Eingangsimpulses führt der Ausgang A1 der Kippstufe
L-Signal für die Dauer der mittels derWiderstandskondensatorkombinationRici eingestellten
Eigenzeit tL. Nach Ablauf der Eigenzeit führt der Ausgang der Kippstufe wieder 0-Signal.
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Folgen auf den ersten Eingangsimpuls innerhalb der Eigenzeit der Kippstufe
weitere Impulse nach, so ergibt sich ein Signalablauf, wie er in der F i g. 3, e
dargestellt ist. Mit Eintreffen jedes weiteren Impulses wird die Eigenzeit unterbrochen,
wobei ein Ausgangsimpuls entsteht, der anderweitig, z. B. durch ein Zählwerk, ausgewertet
werden kann; erst nach Durchgang des letzten Impulses einer Eingangsimpulsserie
wird die eingestellte Eigenzeit tL voll zum Ablauf gebracht.
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In manchen Anwendungsfällen einer solchen monostabilen Kippstufe mit
zugeordnetem Integrier-und Differenzierglied erscheint es erwünscht, ein konstantes
Ausgangssignal zu erhalten, was durch das Glättungsglied G (F i g. 1, 2) erreicht
werden kann. Dieses besteht, wie die F i g. 2 im einzelnen veranschaulicht, aus
einem Widerstand R5 und einem Kondensator C4 in Reihenschaltung, wobei das freie
Ende des Widerstandes R5 an den Ausgang A1 der Kippstufe angeschlossen ist, das
freie Ende des Kondensators C4 auf Bezugspotential M liegt und der Verbindungspunkt
beider Glieder den Ausgang A der Gesamtanordnung darstellt. Das hierbei erzielbare
Ausgangsimpulsbild ist in der F i g. 3, f näher veranschaulicht.