DE1462836C3 - Integrierschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Integrierschaltung mit einem mindestens zweistufigen, nicht invertierenden Verstärker, dessen Eingang und Ausgang über einen Kondensator rückgekoppelt sind und dessen Eingang Eingangsimpulse, z. B. durch mechanische Kontakte erzeugte verzerrte Eingangsimpulse, zugeführt werden, die die Umladung des Kondensators steuern, wobei die Spannung des Kondensators das Ausgangssignal des Verstärkers aufrechterhält, bis die Spannung am Eingang des Verstärkers einen Schwellwert durchläuft und der Ausgang des Verstärkers in diesem Augenblick ein rechteekförmiges Ausgangssignal erzeugt.

Es ist häufig erforderlich. Impulse, die durch mechanische Relaiskontakte erzeugt werden, in prellfreie elektrische Rechteckimpulse umzuwandeln.

Aus der US-Patentschrift 30 98 939 ist eine Integrierschaltung bestehend aus einem Miller-Integrator und nachgcschaltetem Verstärker bekannt, wobei dessen Ausgangssignal über einen Kondensator zwecks PuIsformung auf den Steuerkreis des Miller-Integrators zurückgekoppelt wird. Bei dieser Integrierschaltung wird die Aufladung bzw. Entladung des Kondensators des Miller-Integra tors noch für eine gewisse Zeitspanne nach dem Auftreten der Flanken der Ausgangsimpulse fortgesetzt, bis ein Endwert der Kondensatorspannung erreicht wird. Innerhalb dieser Zeitspanne ist die Empfindlichkeit der Integrierschaltung für Impulspausen bzw. Impulse größer als im Endzustand, und es werden insbesondere für kurze Eingangsimpulse Impulsverzerrungen verursacht. Dies erklärt sich dadurch, daß für kurze Eingangsimpulse bzw. Impulspausen der Kondensator nicht voll aufgeladen bzw. entladen ist in dem Augenblick, wenn der Eingangsimpuls bzw. die Impulspause beendet wird, so daß am Anfang und Ende des Impulses bzw. der Impulspause unterschiedliche Werte der Integrationszeiten auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Integrierschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Empfindlichkeit für Impulspausen bzw. Impulse unabhängig von der Zeitdauer nach einem Ausgangssignal des Verstärkers konstant ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator mit den Mittelanschlüssen von am Eingang und am Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Spannungsteilern verbunden ist, und daß die Spannungsteiler so bemessen sind, daß die Spannungsänderung des Mittelanschlusses des am Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Spannungsteilers bei dem Ausgangssignal des Verstärkers etwa gleich dem Unterschied zwischen den beiden Ruhespannungen des Mittelanschlusses des am Eingang des Verstärkers angeschlossenen Spannungsteilers ist.

Bei dieser Integrierschaltung erreicht die Kondensatorspannung im Augenblick des rechteckförmigen Ausgangssignals des Verstärkers den Endwert, wodurch die Integrationszeiten am Anfang und Ende eines Eingangsimpulses immer gleich sind und somit eine Ursache des Auftretens von Verzerrungen beseitigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die in der Figur gezeigte Schaltung dient zur Umwandlung von durch einen mechanischen Kontakt, z. B. einen Relaiskontakt, erzeugten Impulsen in unverzerrte rechteckige elektrische Impulse. In der Figur ist ein mechanischer Arbeitskontakt dargestellt, der in nicht näher dargestellter Weise geschlossen oder geöffnet wird. Der Kontakt verbindet die Klemme 2, die über einen Gleichrichter 4 mit einem Punkt 5 der Schaltung verbunden ist, mit Erde. Der Gleichrichter ist derart gepolt, daß das Potential am Punkt 5 nicht niedriger als das Erdpotential sein kann, wenn der Kontakt 1 geschlossen ist. Der Punkt 5 ist über einen Widerstand 6 mit der negativen Klemme einer Batterie 7 verbunden, deren positive Klemme geerdet ist, und er ist zugleich über einen Gleichrichter 8 mit einem Punkt 9 verbunden. Der Gleichrichter 8 ist derart gepolt, daß er gesperrt ist, wenn das Potential am Punkt 9 negativer als das Potential am Punkt 5 ist. Der Punkt 9 ist der

Anschlußpunkt für ein Ende eines Integrationskondensutors 10, dessen anderes Ende an einen Verbindungspunkt 11 zwischen zwei Widerständen 12 und 13 angeschlossen ist, die in Reihe zwischen den Klemmen der Batterie 7 liegen. Der Punkt 9 ist weiter über einen Basiswiderstand 14 mit der Basis eines Transistors 15 mit geerdetem Emitter verbunden, dessen Basis über einen Widerstand 16 an der positiven Klemme einer Vorspannungsbatterie 17 liegt, deren negative Klemme geerdet ist. Das positive Potential an dieser Klemme bewirkt, daß der Transistor 15 gesperrt ist, wenn die Schaltung sich im Ruhezustand befindet und der Kontakt 1 geschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 15 ist über einen Kollektorwiderstand 18 mit der negativen Klemme der Batterie 7 und über einen Basiswiderstand 19 mit der Basis eines Transistors 20 mit geerdetem Emitter verbunden, dessen Basis über einen Widerstand 21 an der positiven Klemme der Vorspannungsbatterie 17 liegt. Wenn der Transistor 15 gesperrt ist, bewirkt das negative Potential der Batterie 7 über die Widerstände 18 und 19, daß der Transistor 20 sich im Sättigungszustand befindet Wenn der Transistor 15 sich hingegen in dem Sättigungszustand befindet, bewirkt das positive Potential der Vorspannungsbatterie 17 über den Widerstand 21, daß der Transistor 20 gesperrt ist. Die Transistoren werden stets völlig ausgesteuert, wodurch sie entweder gesperrt oder gesättigt sind, so daß der Leitfähigkeitszustand des einen Transistors stets dem des anderen Transistors entgegengesetzt ist.

Der Kollektor des Transistors 20 ist über einen Kollektorwiderstand 22 mit der negativen Klemme der Batterie 7 und mit einer Ausgangsklemme 23 verbunden. Die andere Ausgangsklemme 24 ist geerdet, und an die Ausgangsklemmen 23 und 24 ist eine Belastung 25 angeschlossen. Der Kollektor ist weiter über eine Rückkopplungsleitung 26 nach die Reihenschaltung eines Gleichrichters 27 und eines Widerstandes 28 an den Verbindungspunkt 11 angeschlossen. Wenn der Transistor 20 gesperrt ist, ist das Kollektorpotential negativer als das Potential am Verbindungspunkt 11, und der Gleichrichter 27 ist gesperrt, wodurch der Integrationskondensator 10 vom Belastungskreis 25 entkoppelt ist.

Wenn die Schaltung sich in der Ruhelage befindet und der Kontakt 1 geöffnet ist, bewirkt das negative Potential der Batterie 7 über die Widerstände 6 und 14 und den Gleichrichter 8, daß der Transistor 15 gesättigt ist. Ein Basisstrom fließt dann von der Basis des Transistors 15 über den Basiswiderstand 14, den Gleichrichter 8 und den Widerstand 6 zu der negativen Klemme der Batterie 7. Wie oben erläutert wurde, hat der Transistor 20 den entgegengesetzten Leitfähigkeitszustand, so daß er gesperrt ist.

Wenn der Kontakt 1 geschlossen wird, wird der Punkt 5 plötzlich von einem negativen Potential auf Erdpotential gebracht. Infolge der Wirkung des Integrationskondensators 10 wird das negative Potential am Punkt 9 vorläufig aufrechterhalten. Demzufolge wird der Gleichrichter 8 gesperrt, und der Basisstrom des Transistors 15 fließt nun über den Basiswiderstand 14 zu dem Integrationskondensator 10, wodurch letzterer geladen wird Dadurch nimmt das Potential am Punkt 9 langsam zu und der Basisstrom dementsprechend langsam ab mit einer Zeitkonstante, die im wesentlichen durch den Kondensator 10 und den Basiswiderstand 14 bestimmt wird. Während der Abnahme des Basisstromes wird ein Punkt erreicht, an dem der Transistor 15 aus der Sättigung gelangt und der Kollektorstrom abnimmt. Von diesem Punkt an wird der Transistor 20 derart vom Transistor 15 gesteuert, daß der Kollektorstrom des ersteren zunimmt, infolgedessen nimmt das Kollektorpotential des Transistors 20 zu. Wenn dieses Potential das Potential am Verbindungspunkt 11 übersteigt, führt Gleichrichter 27 Strom, und das Potential am Verbindungspunkt 11 nimmt zu. Eine Zunahme des Potentials am Verbindungspunkt 11 wird

ίο über den Integrationskondensator 10 auf den Punkt 9 übertragen. Diese Potentialzunahme hat eine regenerierende Wirkung, da sie über die Transistoren 15 und 20 und die Rückkopplungsleitung 26 eine weitere Zunahme des Potentials am Verbindungspunkt 11 zur Folge hat.

Daher wird der Transistor 15 plötzlich gesperrt und der Transistor 20 plötzlich gesättigt. Durch diese plötzliche Änderung des Leitfähigkeitszustandes des Transistors 20 entsteht im Belastungskreis 25 ein Ausgangssignal mit rechteckigem Signalübergang, der die Ausgangs-

20. klemme 23 von einem negativen Potential auf Erdpotential bringt.

Beim Schließen des mechanischen Kontaktes 1 treten infolge der Elastizität der Kontaktfedern Prellungen auf, wodurch die Vorderflanke des vom Kontakt erzeugten Impulses stark verzerrt wird. Infolge der Prellung der Kontaktfedern wird der Kontakt mehrere Male schnell nacheinander geöffnet und geschlossen, bevor der Kontakt schließlich geschlossen bleibt. Jeweils wenn der Kontakt geschlossen wird, wird der Integrationskondensator 10 aufgeladen und das Potential am Punkt 9 nimmt zu, wie oben erläutert wurde; jeweils wenn der Kontakt geöffnet wird, wird der Integrationskondensator entladen und das Potential am Punkt 9 nimmt ab. Die Entladung erfolgt dabei mittels eines Stromes, der vom Integrationskondensator her über den Gleichrichter 8 und den Widerstand 6 zur negativen Klemme der Batterie 7 fließt. Die Ladung und Entladung des Integrationskondensators 10 wird so lange fortgesetzt, bis das Potential am Punkt 9 den Wert erreicht, bei dem die oben beschriebene plötzliche Zustandsänderung der Schaltung anfängt. In dieser Weise wird eine effektive Unterdrückung der Prellungserscheinungen erzielt, und man erhält ein Ausgangssignal, das jeweils, wenn der Kontakt lange genug geschlossen ist, einen rechteckigen Signalübergang aufweist und das somit besonders zum Steuern schneller elektronischer Schaltkreise geeignet ist. '

Wenn der Kontakt 1 lange genug geschlossen ist und die Schaltung sich in der Ruhelage befindet, ist der Gleichrichter 8 leitend, wodurch der Punkt 9 am Potential des Punktes 5, d. h. an Erdpotential, gehalten wird. Wenn sich der Kontakt 1 öffnet, wird der Punkt 5 nicht mehr über den Gleichrichter 4 an Erdpotential gehalten. Das Potential am Punkt 9 kann sich jedoch durch die Wirkung des Integrationskondensators 10 nicht augenblicklich ändern und nimmt langsam ab, wobei vom Kondensator her ein Entladungsstrom über den Gleichrichter 8 und den Widerstand 6 zu der negativen Klemme der Batterie 7 fließt. Während der Abnahme des Potentials am Punkt 9 nimmt der durch den Basiswiderstand 14 fließende Strom zu, und es wird ein Punkt erreicht, an dem der Transistor 15 leitend wird. Dann findet eine entsprechende Umkehr der Wirkung der Schaltung statt, was zur Folge hat, daß der Transistor 15 plötzlich gesättigt und der Transistor 20 plötzlich gesperrt wird. Infolgedessen weist das dem Belastungskrers 25 zugeführte Ausgangssignal einen rechteckigen Signalübergang in umgekehrter Richtung

auf. Ein solcher Signalübergang wird nur erzeugt, wenn der Kontakt 1 lange genug geöffnet ist, wodurch eine große Unempfindlichkeit gegen durch mechanische Erschütterungen und Schwingungen herbeigeführtes zeitweiliges Öffnen des Kontaktes erhalten wird.

Es sei bemerkt, daß bei jedem Signalübergang im Ausgangssignal das Potential am Verbindungspunkt 11 und zugleich auch das Potential am Punkt 9 sich plötzlich ändern. Durch geeignete Bemessung der Widerstände 21, 13 und 28 kann die Amplitude der ₎₀ Potentialänderung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Weiter kann durch geeignete Bemessung der Widerstände 16, 14 und 6 das Potential am Punkt 9, bei dem die plötzliche Umschaltung anfängt, auf die Mitte zwischen den beiden Ruhepotentialen des Punktes 9 eingestellt werden. Die Amplitude der plötzlichen Potentialänderung wird dann vorteilhafterweise derart eingestellt, daß der Punkt 9 sofort nach der plötzlichen Potentialänderung ein Ruhepotential hat. Durch diese Bemessung wird erreicht, daß die Schaltung nach jeder Umschaltung ohne Zeitverzögerung in die Ruhelage übergeht und keine Impulsverzerrungen infolge von Wiederherstellungszeiten herbeigeführt werden.

Zur Erläuterung seien die Daten eines praktischen Ausführungsbeispiels für eine solche Integrierschaltung angeführt:

Widerstand	Ohm	Batterie	Volt
6	10 000	7	12
14	6 800	17	12
16	33 000
12	3 900
13	2 200
28	1 500
18	6 800	Transistor	Typ
19	4 700	15	ASY 27
21	30 000	20	ASY 27
22	3 900

Der Wert des Kondensators wird durch die gewünschte Integrationszeit, z. B. 1 μΡ für 4 msek Integrationszeit, bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Integrierschaltung mit einem mindestens zweistufigen, nicht invertierenden Verstärker, dessen Eingang und Ausgang über einen Kondensator rückgekoppelt sind und dessen Eingang Eingangsimpulse, z. B. von durch mechanische Kontakte erzeugte verzerrte Eingangsimpulse, zugeführt werden, die die Umladung des Kondensators steuern, wobei die Spannung des Kondensators das Ausgangssignal des Verstärkers aufrechterhält, bis die Spannung am Eingang des Verstärkers einen Schwellwert durchläuft und der Ausgang des Verstärkers in diesem Augenblick ein rechteckförmiges Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (10) mit den Mittelanschlüssen (9, 11) von am Eingang und am Ausgang des Verstärkers (15, 20) angeschlossenen Spannungsteilern (6, 14, 16; 12, 13, 28) verbunden ist, und daß die Spannungsteiler so bemessen sind, daß die Spannungsänderung des Mittelanschlusses (11) des am Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Spannungsteilers (12, 13, 28) bei dem Ausgangssignal des Verstärkers etwa gleich dem Unterschied zwischen den beiden Ruhespannungen des Mittelanschlusses (9) des am Eingang des Verstärkers angeschlossenen Spannungsteilers (6, 14,16) ist.

2. Integrierschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (10) über einen Basiswiderstand (14) mit der Basis eines in der Eingangsstufe des Verstärkers liegenden Transistors (15) in geerdeter Emitterschaltung verbunden ist, dessen Basis über einen Widerstand (16) mit einer Vorspannungsquelle (17) verbunden ist, daß der Verbindungspunkt (9) des Kondensators und des Basiswiderstandes über einen ersten Gleichrichter (8) mit einem Schaltungspunkt (5) verbunden ist, der einerseits über einen zweiten Gleichrichter (4) mit einer Eingangsklemme (2) und andererseits über einen Widerstand (6) mit einer Speisespannungsquelle (7) verbunden ist, deren Polarität gegenüber dem geerdeten Emitter des Transistors der der Vorspannungsquelle entgegengesetzt ist, wobei die Gleichrichter (4,8) mit gleichnamigen Polen mit dem Schaltungspunkt verbunden sind und die Polung des ersten Gleichrichters (8) derart gewählt ist, daß der Basisstrom des Transistors (15), wenn dieser stromführend ist, in der Durchlaßrichtung des ersten Gleichrichters fließt.