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Die Erfindung betrifft eine elektrische Impulsverzögerungssehaltung
mit einer Induktivität, z. B. einem Transformator, die einen Eingangskreis zur Aufnahme
elektrischen Stroms aus einer Stromquelle aufweist, durch den ein Magnetfluß in
der Induktivität erzeugt wird, und einem Ausgangskreis, der elektrischen Strom abgibt,
wenn sich der Magnetfluß in der Induktivität ändert, und einem steuerbaren Schalter,
der in Reihe mit dem Eingangskreis geschaltet ist und den Stromflaß von der Stromquelle
zu der Induktivität steuert und der einen mit Eingangsimpulsen gespeisten Steuerkreis
aufweist.
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Eine derartige Schaltung ist bereits aus der USA.-Patentschrift
3 047 734 bekannt. Die Genauigkeit dieser bekannten Schaltung ist jedoch
in hohem Maße von den Schaltungsparametern abhängig.
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Elektrische Impulsverzögerungsschaltungen werden beispielsweise bei
elektronischen Digitalrechner-Logiksystemen verwendet und dienen dazu, Mittel zu
schaffen, die es ermöglichen, eine Degeneration in der Form der Eingangsimpulse
auf einen niedrigen Pegel zu reduzieren. Ohne derartige Schaltungen würden Impulse,
die mehrere aufeinanderfolgende logische Stufen passieren, eine progressive Degeneration
in der Form erleiden, welches die Folge hat, daß eine derartige degenerierte Impulse
empfangende Vorrichtung nicht in der gewünschten Weise auf sie ansprechen würde.
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Bei bekannten derartigen Schaltungen sind zusätzlich zur Verwendung
von Taktimpulsen andere Impulsreihen von spezieller Form erforderlich, um die erwünschte
Verzögerung der Eingangsimpulse zu bewirken.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Impulsverzögerungsschaltung,
die einerseits keine derartigen Impulsserien von spezieller Form erfordert, die
andererseits bezüglich der Impulsdauer der Ausgangsimpulse und der Verzögerung genauer
ist als Verzögerungsschaltungen, deren Zeitparameter von den Schaltungsgrößen abhängen
und die schließlich möglichst einfach aufgebaut ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Impulsverzögerungsschaltung
der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in denAusgangskreis
eine Diodederart eingeschaltet ist, daß der Ausgangskreis nur dann Ausgangsimpulse
an einen Ausgangsanschluß (Basiskreis des Transistors 26) liefert, wenn der
Magnetfluß in der Induktivität zusammenbricht, daß eine Taktimpulsquelle über getrennte
Dioden mit dem Steuerkreis des Schalters verbunden ist, um das Ansprechen des Schalters
auf Eingangsimpulse und damit den Aufbau eines Magnetflusses in der Induktivität
zu verhindern, wenn kein Taktimpuls vorliegt, daß die Taktimpulsquelle
(31) mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, um bei Abwesenheit eines Taktimpulses
während des Zusammenbruchs des Magnetflusses aus dem Ausgangsanschluß Strom aufzunehmen,
daß der Ausgangsanschluß einerseits über einen Speicherkondensator (41) it einem
Bezugspotentialpunkt (Erde) zwischen den beiden Potentialniveaus (+5 und
-3 Volt) des Taktimpulses verbunden ist, um während des Zusammenbruchs des
Magnetflusses Energie zu speichern, und andererseits über eine Diode (40) mit dem
Bezugspotentialpunkt (Erde) verbunden ist, um den Ausgangsanschluß bei Fehlen eines
Stroms aus dem Ausgangskreis der Induktivität bei einem mittleren Ausgangssignalpegel
festzuhalten, daß der Ausgangsanschluß über eine zweite Diode (Basis-Kollektor-Übergang
des Transistors) mit einem Haltepotential verbunden ist, wodurch der Ausgangsanschluß
während der Abgabe von Strom aus dem Ausgangskreis der Induktivität an einem unteren
Ausgangssignalpegel festgehalten wird, und daß die Taktimpulsquelle Taktimpulse
liefert, die sich jeweils nur über den späteren Teil eines Eingangssignalzeitabschnitts
erstrecken und die jeweils den steuerbaren Schalter veranlassen, den Eingangskreis
mit der Stromquelle zu verbinden, sobald ein Eingangsimpuls gleichzeitig im Steuerkreis
vorliegt.
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Eine elektrische Schaltungsanordnung, bei der eine erfindungsgemäße
elektrische Impulsverzögerungsschaltung verwendet wird, wird im folgenden an Hand
der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 schematisch die elektrische
Schaltungsanordnung und F i g. 2 auf einem Zeitmaßstab die Art und Weise,
in der die verschiedenen elektrischen Werte in der Schaltungsanordnung sich verändern.
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Die elektrische Schaltungsanordnung besteht aus drei Teilen, eine
logische Eingangsstufe, die erfindungsgemäße Verzögerungsstufe und schließlich eine
Ausgangsstufe.
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Die Eingangsstufe umfaßt drei UND-Gatter und ein ODER-Gatter. Eines
der UND-Gatter hat vier Eingänge und umfaßt vier Dioden 5 bis 8. Ihre
positiven Anschlußklemmen werden gemeinsam von einer +l3-Volt-Quelle über einen
Widerstand 9 gespeist. Die beiden anderen UND-Gatter haben jeweils drei Eingänge
und umfassen die Dioden 10 bis 12 bzw. 13
bis 15. Die Dioden
10 bis 12 liegen mit ihren positiven Anschlußklemmen über einen gemeinsamen
Widerstand 16 an einer +l3-Volt-Quelle; die Dioden 13
bis
15 sind in gleichartiger Weise angeschlossen und werden über einen gemeinsamen
Widerstand 17 gespeist.
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Das ODER-Gatter umfaßt die drei Dioden 18 bis 20, an deren
jeweilige positive Anschlußklemmen die Ausgänge der drei UND-Gatter angeschlossen
sind. Die negativen Anschlußklemmen der Dioden 18 bis 20 sind gemeinsam an
einen Widerstand 21 geschaltet.
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Die erfindungsgemäße Verzögerungsstufe der Schaltung umfaßt einen
Eingangstransistor 25 und einen Ausgangstransistor 26. Die Basis des
Transistors 25
ist an den Widerstand 21 und über die Serienschaltung der Widerstände
27 und 28 an eine -10-Volt-Quelle geschaltet. Die Verbindungsstelle
der Widerstände 27
und 28 ist über eine Diode 29 an Erde gelegt.
Die Basis des Transistors 25 ist ebenfalls über eine Diode 30 an eine
Quelle der Taktimpulse 31 gelegt. Der Emitter des Transistors 25 ist
über eine Diode 32 an Erde und über einen Widerstand 33 an eine -10-Volt-Quelle
geschaltet. Der Kollektor des Transistors 25 ist über eine Primärwicklung
34 eines Transformators an eine -1-13-Volt-Quelle geschaltet.
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Die Sekundärwicklung35 des Transformators ist mit einem Ende an Erde
und mit dem anderen Ende an die positive Anschlußklemme einer Diode 36 angeschlossen.
Die negative Anschlußklemme der Diode 36
ist an die Basis des Transistors
26 und an drei weitere Schaltungszweige angeschlossen. Der erste dieser drei
Schaltungszweige umfaßt eine Diode 37, die in Serie über einen Widerstand
38 an die Quelle der Taktimpulse 31 geschaltet ist. Ein Kondensator
39 liegt in Parallelschaltung mit einem Teil des Widerstands 38.
Der
zweite Schaltungszweig umfaßt eine Diode 40,
die an Erde angeschlossen
ist. Der dritte Schaltungszweig umfaßt einen geerdeten Kondensator 41, dessen Kapazität
beträchtlich geringer ist als die des Kondensators 39.
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Der Kollektor des Transistors 26 ist an eine +5-Volt-Quelle
und der Emitter ist über einen Widerstand 42 an eine - 10-Volt-Quelle angeschlossen.
Der Transistor 26 ist als Emitterfolger geschaltet. Das Ausgangssignal der
zweiten Stufe erscheint an einem Abgriff des Widerstandes 42.
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Die Ausgangsstufe weist zwei Transistoren 45 und 46 auf. Die Basis
des Transistors 45 ist an den Abgriff an dem Widerstand 42 und sein Emitter ist
an Erde angeschlossen. Sein Kollektor ist über einen Widerstand 47 an eine + 13-Volt-Quelle
und über eine Diode 48 an eine +5-Volt-Quelle angeschlossen. Der Kollektor ist außerdem
über die Parallelschaltung eines Widerstandes 49 mit einem Kondensator
50 an die Basis des Transistors 46 angeschlossen. Die Basis des Transistors
46 ist über einen Widerstand 51 ebenfalls an eine -10-Volt-Quelle angeschlossen.
Der Emitter des Transistors 46 ist direkt an Erde gelegt, während der Kollektor
über einen Widerstand 52 an eine + 13-Volt-Quelle und über eine Diode
53 an eine +5-Volt-Quelle angeschlossen ist.
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Die Anschlußklemmen 54 und 55, welche jeweils an die Kollektoren
der Transistoren 45 und 46 geschaltet sind, stellen die zueinander komplementären
Ausgänge der Schaltungsanordnung dar.
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Der Betrieb der Schaltung wird im folgenden insbesondere unter Bezugnahme
auf F i g. 2 beschrieben. Der Betrieb der Schaltung wird durch die Taktimpulse
von der Quelle 31 gesteuert. Die Wellenformen der drei Taktimpulse
1, 11 und 111 sind bei (b)
in F i g. 2 gezeigt:
die hinteren Kanten von zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen definieren eine einzige
Zeitperiode. Jeder Taktimpuls dauert 0,4 einer Zeitperiode und hat eine Größe von
+5 Volt; das übrige Intervall einer jeden Zeitperiode wird als Rückstellintervall
bezeichnet, und der Pegel während dieses Intervalls ist -3 Volt.
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Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß, wenn an einem oder mehreren
der Eingänge eines der UND-Gatter die Spannung 0 Volt anliegt, das UND-Gatter
kein Ausgangssignal erzeugt. Falls alle Eingänge an ein UND-Gatter +5-Volt-Impulse
empfangen, wird je-
doch das UND-Gatter ein Ausgangssignal von +5 Volt
erzeugen, der an die Basis des Transistors 25
über die entsprechende Diode
18 bis 20 in dem ODER-Gatter und dem Widerstand 21 gespeist wird. Dieser
+5-Volt-Pegel ist bei (a) der F i g. 2 gezeigt und stellt ein Eingangssignal
an die Verzögerungsstufe der Schaltung dar. Das Eingangssignal ist als Impuls gezeigt,
der eine Zeitperiode dauert, welche als »Eingangszeitperiode« bezeichnet wird.
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Während des Rückstellintervalls einer jeden Zeitperiode wird der Transistor
25 nichtleitend geschaltet, da seine Basis negativ auf den Rückstellpegel
von -3 Volt über die Diode 30 gehalten wird. Wenn der Taktimpuls auftritt
(Taktimpuls 11), leitet die Diode 30
nicht mehr. Bei Abwesenheit eines
Eingangssignals bleibt der Transistor nichtleitend. Wenn ein Eingangssignal vorhanden
ist, bewirkt jedoch der sich ergebende +5-Volt-Pegel, der an die Basis des Transistors
25
über das ODER-Gatter angelegt ist, daß der Transistor während des Taktimpulses
voll leitet. Bei leitendem Transistor 25 wird ohne Berücksichtigung der Verluste
eine Spannung von +13 Volt an die Primärwicklung 34 des Transformators angelegt,
und dessen Magnetisierungsstrom wird linear ansteigen, wie es in (e) der
F i g. 2 gezeigt ist. Wenn der Transistor 25
leitet, ist die Diode
36 abgeschaltet, da ihr Anodenpotential um +l3 Volt abfällt; ihre Kathode
kann wegen der Diode 40 und ihres Erdanschlusses nicht unter 0 Volt abfallen.
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Wenn der Ausgang von der Quelle 31 wieder auf den Einstellpegel
von -3 Volt abfällt, geht der Transistor 25 in seinen nichtleitenden
Zustand über; zu dem Zeitpunkt, wenn der Transistor nichtleitend ist, ist der Strom
in der Wicklung 34 auf 10 Milliampere angestiegen. Wenn der Transistor
25 aufhört zu leiten, kann der Magnetisierungsstrom in der Primärwicklung
34 nicht mehr fließen, und statt dessen bewirkt die Energie, welche in dem Transformatormagnetfeld
durch den Strom gespeichert ist, der in der Wicklung 34 fließt, daß ein äquivalenter
Strom in der Sekundärwicklung 35 über die Diode 36 fließt. Dieser
Strom fließt teilweise durch die Diode 37 zu der Taktimpulsquelle
31, teilweise in den Kondensator 41 und teilweise in die Basis des Transistors
26. Der Kondensator 29 wirkt für eine kurze Zeit als virtueller Kurzschluß
parallel zu einem Teil des Widerstandes 38,
wird jedoch schnell aufgeladen,
so daß der volle Wert des Widerstandes 38 wirksam wird, um einen zu schnellen
Fluß des Stroms von der Wicklung 35 zur Quelle 31 zu verhindern.
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Der in den Kondensator 41 fließende Strom lädt ihn schnell auf, bis
er ein Potential von +5 Volt an die Basis des Transistors 26 legt;
zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor 26 in den voll leitenden Zustand gebracht.
Der in der Sekundärwicklung 35 fließende Strom wird für eine ausreichend
lange Periode aufrechterhalten (jedoch weniger als eine Zeitperiode), wie es in
(d) der F i g. 2 gezeigt ist, um den Transistor
26 während des gesamten Rückstellintervalls, der auf den Taktimpuls
11 folgt, voll leitend zu halten. Die Zeitperiode, während deren einem Teil
der Strom in der Sekundärwicklung fließt, wird als Ausgangszeitperiode bezeichnet.
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Wenn der nächste Taktimpuls auftritt (Taktimpuls III), ist der Strom,
der von der Sekundärwicklung durch die Diode 37 fließt, abgeschaltet, und
der gesamte Strom fließt in die Basis des Transistors 26,
bis er an einem
Punkt 60 [s. Wellenform (d) der F i g. 2] auf Null abgeklungen
ist. Während des übrigen Teils des Taktimpulses 111 wird der Transistor
26 in dem voll leitenden Zustand lediglich. durch die Ladung an den Kondensator
41 gehalten. Die Wellenform (e) in F i g. 2 zeigt das Potential an der Basis
des Transistors 26 und zeigt an, wie das Potential beginnt abzufallen, wenn
die Ladung an den Kondensator 41 verringert wird.
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Wenn nach dem Taktimpuls 111 das nächste Wiedereinstellintervall
auftritt, wird der Kondensator 41 schnell über die Diode 37 und den Widerstand
38
in die nun ein Potential von -3 Volt aufweisende Taktimpulsquelle
entladen. Nach Erreichen eines Potentials von 0 Volt wird die weitere Entladung
durch die Diode 40 verhindert. Um den Transistor 26
so schnell wie möglich
abzuschalten, wie es erforderlich ist, um eine scharfe Kante an dem Ausgangsimpuls
von der Schaltung zu erreichen, muß es dem Kondensator 41 ermöglicht werden, sich
so schnell wie möglich zu entladen. Der Kondensator 39, der eine viel größere
Kapazität als der Kondensator 41 aufweist, unterstützt dieses durch Schaffung eines
virtuellen
Kurzschlusses parallel zu einem Teil des Widerstandes
38.
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Der Transistor 26 ist, wie bereits erwähnt wurde, als Emitterfolger
geschaltet. Während der Transistor 26 leitet, ist ein positives Potential
an die Basis des Transistors 45 gelegt, wodurch dieser leitet, so daß sein Kollektorpotential,
welches normalerweise auf + 5 Volt über die Diode 48 gehalten wird, wenn
der Transistor in seinem nichtleitenden Zustand ist, auf 0 Volt abfällt,
wie es in der Wellenform (f) der F i g. 2 gezeigt ist. Wenn der Transistor
26 an dem Ende des Taktimpulses III nichtleitend ist, ist der Transistor
45 wiederum nichtleitend. Wenn der Transistor 45 leitet, wird sein Kollektorpotential
von 0 Volt an die Basis des Transistors 46 über den Widerstand 49 und den
Kondensator 50 gelegt, und der Transistor 46 ist gesperrt. Sein Kollektorpotential
steigt von 0 Volt auf +5 Volt und wird dort über die Diode
53 gehalten, wie es in der Wellenform (g) der F i g. 2 dargestellt
ist. Es werden also zwei zueinander komplementäre Ausgangssignale an den Anschlußklemmen
55 bzw. 54 in Abhängigkeit von den Eingangsimpulsen erzeugt, die in (a) der
F i g. 2 gezeigt sind. Die beiden Ausgangsimpulse haben dieselbe Amplitude
und Dauer wie der Eingangsimpuls, sie sind jedoch um eine Zeitperiode verzögert.
Für ein Ausgangssignal, welches mehrere Zeitperioden dauert, ist das eine Ausgangssignal
von der Anschlußklemme 55 identisch mit dem Eingangssignal, außer daß es
eine Zeitperiode später beginnt -und endet.
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Der Widerstand 33 und die Diode 32 verhindern, daß der
Strom in der Primärwicklung 34 über 10 Milliampere ansteigt, falls Eingangssignale
während jeder Zeitperiode vorhanden sind, so daß der Transistor 25
wiederholt
während jedes Taktimpulses leitend geschaltet wird. Bei Nichtvorhandensein des Widerstandes
33 und der Diode 32 würde sich der Strom in der Wicklung 34 kontinuierlich
aufbauen, bis er durch die Verstärkung im Transistor daran gehindert wird, da er
nicht zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen auf Null abfällt.
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Die Diode 29 leitet, wenn zwei oder mehr UND-Gatter zusammen
Ausgangssignale erzeugen, wodurch verhindert wird, daß das Potential der Basis des
Transistors 25 zu weit ansteigt. Obgleich in der vorher beschriebenen Schaltungsanordnung
die Energie von der energieempfangenen Schaltung 34 in die energievernichtende Schaltung
36, 26 übertragen wird, ist in einer anderen Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung der Transformator 34, 35 durch eine Induktivität mit einem Magnetkern
ersetzt, welcher nur die Wicklung 34 trägt, und der Kollektor des Transistors
25
ist kapazitiv mit der Diode 36 gekoppelt. Bei dieser anderen Schaltungsanordnung
stellt diese kapazitive Kupplung die Mittel zum Übertragen der Energie von dem Magnetfeld
der Induktivität zur Energievernichtungssehaltung 36, 26 dar.
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Der Transistor 26 und sein Emitterlastwiderstand 42 in der
oben beschriebenen Schaltungsanordnung stellen eine geeignete Einrichtung dar zum
Einstellen der tatsächlichen Potentialwerte der Ausgangsimpulse, die von der Verzögerungsstulfe
erzeugt werden, obgleich tatsächlich das Kollektorpotential (+5 Volt) den
oberen Pegel bestimmt, während die Diode 40 und ihr Erdanschluß den unteren Pegel
bestimmen. Bei einer alternativen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist jedoch
der Transistor 26 durch eine Diode ersetzt, die die Grenz- oder Begrenzungsfunktion
der Basis-Kollektor-Übergangszone des Transistors 26 ausübt, und der Ausgang
wird von der Verbindungsstelle der Diode 36 mit der Diode 40 und dem Kondensator
41 abgenommen.