DE1256692B - Monostabile Kippstufe mit einstellbarer Eigenzeit - Google Patents

Monostabile Kippstufe mit einstellbarer Eigenzeit

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DE1256692B
DE1256692B DE1965S0099722 DES0099722A DE1256692B DE 1256692 B DE1256692 B DE 1256692B DE 1965S0099722 DE1965S0099722 DE 1965S0099722 DE S0099722 A DES0099722 A DE S0099722A DE 1256692 B DE1256692 B DE 1256692B
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Germany
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flip
flop
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pulse
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DE1965S0099722
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Karl-Ernst Wust
Dipl-Ing Manfred Liska
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/28Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
    • H03K3/281Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
    • H03K3/284Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator monostable

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Natürlich ist die Erfindung auf diese Anwendungsmöglichkeit nicht beschränkt.
  • Ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung der erfindungsgemäßen monostabilen Kippstufe sei nachstehend an Hand von drei Figuren näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • Die einzelnen Baugruppen sind in mit unterbrochenen Linien gerahmten Zeichnungsteilen dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Monostabile Kippstufe mit einstellbarer Eigenzeit als Zeitglied in kontaktlosen Steuer-und Regelanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse zur Steuerung der Kippstufe (K) über eine Eingangsklemme (E) einerseits dem Eingang eines aus einer RC-Kombination (R2, R3/C2) bestehenden, ausgangsseitig mit einem der Eingänge (Ei) der Kippstufe (K) verbundenen Integrierglieds (J) und andererseits dem Eingang eines aus einer RC-Kombination (R4/C3) bestehenden Differenzierglieds (D) zugeführt werden, dessen Ausgang den Kippstufenausgang beeinffußt.
  2. 2. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer der Eingangssteuerimpulse größer als die Rückstellzeit der Kippstufe und diese kleiner als die Aufladezeit des Differenziergliedes (D) gewählt sind.
  3. 3. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierglied (J) mit dem Eingang der Kippstufe über eine Diode, vorzugsweise über eine Zenerdiode, verbunden ist.
  4. 4. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenziergliedes (D) an die Steuerelektrode des Ausgangsverstärkerelements (T2) der Kippstufe angeschlossen ist.
  5. 5. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenziergliedes (D) über ein steuerbares Schaltglied (S) den Ausgang der Kippstufe kurzschließt.
  6. 6. Kippstufe nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von Transistoren als Verstärkerelemente bzw. Schaltglieder.
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