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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen mit vorgegebenen zeitlichen
Abständen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen
mit vorgegebenen Zeitabständen oder von aus solchen Impulsen bestehenden Impulsreihen
mittels eines Schieberegisters mit je einen Transistor enthaltenden monostabilen
Kippstufen.
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Vor allem in digitales. Übertragungsanlagen finden Schieberegister
Verwendung, die eine codierte Impulsreihe aus einer Seriendarstellung in die Paralleldarstellung
überführen können.Bei dieser Serien-Parallel-Umwandlung ist eine Kette aus bistabilen
Kippstufen vorgesehen. In den bistabilen Kippstufen bekannter Schieberegister werden
als aktive Bauelemente Transistoren verwendet, die mit Hilfe von Spannungsteilern,
die die Kollektorspannung aufteilen, in den leitenden Zustand versetzt bzw. gesperrt
werden. Jede der bistabilen Kippstufen besteht aus einem Eingangstransistor und
einem Ausgangstransistor; zwischen den beiden mit Transistoren bestückten Schaltstufen
sind zur
Rückkopplung dienende Koppelnetzwerke angeordnet, die aus
Parallelschaltungen von Widerständen und Kondensatoren aufgebaut sind.fIiebei versorgen
die Koppelwiderstände die Transistoren mit Yorspannungen, während die Koppelkondensatoren
die Koppelwiderstände bei Schaltvorgängen-kurzschließen und damit den höchstmÖglichen
Rückkopplungsgrad erzielen.
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Bei einer bekannten Anordnung sind z.B. die bistabilen Kippstufen
in Reihe geschaltet und werden durch einen Impuls geeigneter Polarität am Eingang
zum Kippen gebracht. Die Ausgangsimpulse der einzelnen Kippstufen folgen bei dieser
bekannten Schaltung zwangsläufig unmittelbar, d.h. ohne zwischengeschaltete Pausen,
aufeinander. Bei dieser Anordnung ist die zeitliche Aufeinanderfolge der Einzelimpulse
infolge von geringen Ungleichheiten der Koppelnetzwerke, aber auch der als Schaltstufen
dienenden Transistoren unterschiedlich.
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Beispielsweise stellt sich bei einer Kette von bistabilen Kippstufen,
deren Bauelemente unvermeidlich Toleranzen besitzen, eine Summierung von zeitlichen
Einzelfehlern eins sodaß bei einem Impulstelegramm die letzten Impulse zeitlich
versetzt gegenüber den vorgegebenen Abständen auftreten.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Anordnung mit fünf bistabilen
Kippstufen B1, B2, ... B5 dargestellt, an deren Ausgangspolen U,1, UA2, ... U.,
Impulse auftreten, deren zeitlicher Verlauf in der Fig. 2 wiedergegeben ist. Wegen
der Toleranzen der Schaltelemente ist der Abstand der Ausgangsimpulse untereinander,
aber auch gegenüber dem Steuerimpuls unterschiedlich, der dem Eingangspol U, der
Anordnung zugeführt wird. In Fernwirkanlagen
sind solche Impulstelegramme
nicht überall anwendbar, denn in der Empfangsstation werden die versetzten Impulse
eines Impulstelegrammes falsch entschlüsselt oder sind nicht auswertbar. Die falsche
Entschlüsselung führt zu unrichtigen Befehlen in Fernsteueranlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einer elektronisch
arbeitenden Schaltungsanordnung bei einem geringen Aufwand Impulse bzw. Impulsreihen
zu erzeugen, bei welchen die Linearität der vorgegebenen zeitlichen Abstände der
Impulse untereinander und gegenüber einem Synchronimpuls gegebenenfalls auch nach
einer Kodierung eingehalten ist und die Form der Impulse, besonders ihre Flankenform
derart ausgebildet ist, daß die Schaltungsanordnung in Fernwirkanlagen und DatenübertragungsanlaLen
verwendet werden kann.
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Zur LösunG der vorstehenden Aufgabe ist die Schaltungsanordnung der
eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister
zwei Eingänge aufweist, von denen einer mit der Steuerstrecke der an erster Stelle
vorgesehenen Kippstufe ih Verbindung steht und der zweite Eingang an die Schaltstrecke
aller Kippstufen angeschlossen ist und daß weiters die Rüchstellzeiten der Kippstufen
wenigstens so lange sind als die Dauer eines von einem Taktgeber erzeugten Impulses
und die diesem folgende Impulspause und daß ein Synchrongeber für die zu erzeugenden
Impulse bzw. Impulsreihen und ein zur zeitlicnen Verschiebung der Impulse untereinander
dienender Taktgeber je an einen der Eingänge des Schieberegisters angeschlossen
sind, wobei in Abhängigkeit von Taktgeber innerhalb der Rückstelldauer jeder der
monostabilen Kippstufen an deren
Ausgängen je ein einziger oder
eine Reihe aus zeitlich verschobenen Impulsen auftritt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der einen' Eingangsimpuls
liefernde Synchrongeber an den Eingang des Schieberegisters angeschlossen, der der
Basiselektrode der ersten Kippstufe des Schieberegisters zugeordnet ist, und der
Taktgeber, der zeitlich linear verschobene Taktimpulse liefert, von denen der, erste
zeitlich mit dem Einzelimpuls des Synchrongebers zusammenfüllt, steht über dem anderen
Eingang mit den Kollektoren der Kippstufe ih Verbindung; hiebei ist die Zeitspanne,
die aus der Dauer eines Taktimpulses und der einer diesem folgenden Impulspause
besteht, kleiner als die Rückstellzeit jeder der Kippstufen, die von der Größe der
Zeitkonstante der den Basiselektroden zugeordneten RC-Glieder abhängig ist; hingegen
ist diese Rückstellzeit kleiner als die Zeit, die aus der Summe der Dauer eines
Taktimpulses und der zweier Impulspausen gebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweifache
Rückstellzeit der monostabilen Kippstufen gleich der Zeitkonstante der RC-Glieder,
die aus der Serienschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes bestehen;
von diesen Serienschaltungen koppeln die Kondensatoren jeweils aufeinanderfolgende
Kippstufen und die Widerstände sind als Basiswiderstände der Kippstufen vorgesehen.
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Das Wesen .der Erfindung besteht darin, daß bei der 2chaltun.gsanordnung,die
monostabilen Kippstufen jeweils als aktiven
| Bauteil nur eiR9Transistor aufweisen, der mit einem Basiswider- |
| stand derart versehen ist, daß bei der Ruhestellung (stabiler |
Zustand) die Transistoren in den leitenden Zustand versetzt sind.
Bei Anlagen der von einem Taktgeber gelieferten Impulsfolge als Schaltspannung in
vorgegebenen zeitlichen Abständen an die Kollektoren der Transistoren treten an
den Kollektor-Emitterstrecken, die sich im leitenden Zustand befinden, keine Spannungsabfälle
auf; es entstehen daher an den Kippstufen keine Ausgangsimpulse. An dem Eingang
der ersten monostabilen Kippstufe ist ein Koppelkondensator vorgesehen, der von
dem von einem Synchrongeber gelieferten Synchronimpuls aufgeladen wird, der mit
einem der Impulse des Taktgebers zusammenfällt. Zeit der Rückflanke des Synchronimpulses
wird die erste Kippstufe gesperrt, die Rückstellzeit der Kippstufe in die stabile
Ruhelage ist abhängig von der Entladezeitkonstante, die aus dem Produkt der Größe
des an der Basis angeordneten Kondensators und des mit diesem in Serie geschalteten
Basiswiderstandes besteht. Jährend dieser Sperrzeit wird ein an den Kollektor des
gesperrten Transistors als Schaltspannung angelegter Impuls des Taktgebers über
seine Kollektor-".rhmitterstrecke nicht kurzgeschlossen; innerhalb der Rückstellzeit
der Kippstufe wird der Impuls des Taktgebers als Ausgangsimpuls weitergegeben.-Die
Übertragung dieses Impulses an den Ausgang der Kippstufe wird innerhalb der Zeitdauer
der Rückstellung in den stabilen Zustand vorgenommen. Hiebei geht die Genauigkeit
der Ent-Ladezeit des Kondensators bzw. die Größen des Kondensators und des Basiswiderstandes
auf die hinearität der zeitlichen Folge des Impulses nicht ein, denn. dieser wird
direkt von dem Taktgeber ausGelöst. Von dem Taktgeber wird der Ausgangsimpuls gesetzt,
dessen Flankenform von den Schaltelementen der Kippstufe nicht beeinflußt wird.
Innerhalb der Rückstelldauer der ersten Kippstufe wird über
die
Rückflanke des an den Kollektor angelegten Taktimpulses die folgende zweite Kippstufe
gesperrt, die gleichartig aufgebaut ist wie die erste. 'Jährend der Rückstellung
der zweiten Kippstufe wird
| an ihrer Kollektor-E@mitterstrecke ein Ausgangsimpuls auftreten, |
der von einem weiteren Impuls des Taktgebers ausgelöst wird. Die erste Kippstufe
ist wieder in den leitenden Zustand versetzt. Vom Sperrzustand der zweiten Kippstufe
abhängig, ladet der Taktgeber den Koppelkondensator der dritten Kippstufe, die in
den Sperrzustand kippt. Die beiden ersten Kippstufen sind nun im leitenden Zustand.
Während der Rückstellzeit der dritten Kippstufe wird vom Taktgeber ein Impuls an
seinen Ausgang geliefert.
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Über abgestufte Größen der Entladezeitkonstante, die von verschiedenen
Vorwiderständen der Kippstufen bestimmt sind, kann man einen oder mehrere Ausgangsimpulse
innerhalb der Rückstellzeit einer Kippstufe setzen, ehe die folgende Kippstufe in
den Sperrzustand gesetzt wird, dessen Dauer gegebenenfalls-geringer ist als die
der erstgenannten Kippstufe. Innerhalb der kürzeren Rückstellzeit der folgenden
Kippstufe wird der Taktgeber nur einen Impuls oder eine kurze Impulsfolge als Ausgangsspannung
erzeugen.
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Die Erläuterung des Hufbaues und der j,;irlcungsweise von Ausführungsbeispielen
gemäß der Erfindung erfolgt an Hand der Fig. 3 bis ?. Es zeigen Fig. 3 ein Blockschaltbild
einer Schaltungsanordnung mit fünf Transistoren; Fig. 4 Impulsfolgen an den Ausgangspolen
der in Fig. 3 dargestellten Kippstufen in Abhängigkeit von den den Eingängen zugeführten
Synchron- bzw. Taktimpulsen; Fig. 5 eine aus vier Transistoren bestehende Schaltungsanordnung
mit Einzelheiten; Fig. 6 eine Impulsfolge an den Ausgangspolen der in Nig. 5 dargestellten
Kippstufen, bei denen die Rückstellzeiten
in den stabilden Zustand
gleich groß sind; Fig. Impulsfolgen an den Ausgangspolen einer aus sechs Kippstufen
bestehenden Schaltungsanordnung, bei der die Rückstellzeiten der dritten und der
vierten Kippstufe doppelt so groß sind 'als die Rückstellzeiten der Übrigen Verstärkerstufen.
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In Fig. 3 sind mit Li, Z2, ... Z5 die aus je einem Transistor aufgebauten
Kippstufen bezeichnet, die hintereinander geschaltet ein Schieberegister bilden.
Die Kollektoren der Transistoren sind parallel geschaltet und bilden den Eingangspol
US, dem die Impulsfolge des Taktgebers zugeführt wird:. Dem Eingangspol VE wird
der Synchronimpuls des Synchrongebers zugeführt, der die Übertragung von Impulsen
an die Ausgangspole der Schaltungsanordnung einleitet: Die Fig. 4 stellt die abgeleiteten
Impulsfolgen an den Ausgangspolen UA1, UA2, ... U&5 dar; bei den einzelnen Ausgangsimpulsen
wird ein vorgegebener Zeitabstand untereinander und auch gegenüber dem Synchronimpuls
eingehalten.
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In der Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung mit vier Kippstufen dargestellt,
in denen pup-Transistoren TR1, TR2, TR3,TR4 vorgesehen sind, an deren Kollektor-Ermitterstrecke
die Ausgangsimpulse als Spannnungsabfälle auftreten. Zwischen dem Kollektor eines
Transistors und der Basis des auf den genannten folgenden Transistors sind die Koppelkondensatoren
Cl, 021 031) 04 vorgesehen und jeweils ein Basiswiderstand RB1, R82, RB3, R84 angeordnet,
dessen Größe im Zusammenhang mit den gleich großen Kollek- . torwideretänden R,
derart festgelegt ist, daß die Kippstufen im stabilden Zustand leiten, bei Stromdurchlässigkeit
des Transistors TG, der als Taktgeber dient. Der Steuerstrecke des Transist@os TG
| werden_Taktimpulse US mit vorgegebenen zeitlichen Abständen
zu- |
| geführt, sodaß im durchgeschalteten Zustand des Transistors
TG |
| die Schaltimpulse US am Ermitterwiderstarid RE auftreten. An
dessen |
| exmitterseitigem Anschluß sind über die Kollektorwiderstände
R, |
| die Transistoren TR1, TR2, TR3, TR4 angeschlossen; daher werden |
| diese Schaltimpulse als Einzelimpulse oder Impulsfolgen üher
die |
| Kollektor-Emitterstrecke derjenigen Kippstufe abgenommen, die
sich |
| im labilen nichtleitenden Zustand befindet, hingegen sich die
Übri- |
| gen Kippstufen im stromdurchlässigen stabilen Zustand befinden.. |
| In Fig. 6 beziehen sich die Impulsfolgen auf die in Fig.5 |
| dargestellte Schaltungsanordnung, die aus vier Kippstufen besteht; |
| bei diesen weisen die Koppelkondensatoren und die Basiswiderstände |
| gleiche Größe auf: |
| G1 G2 " p3 = 04 a C |
| 8 und R$1 = RB2 _ "B3 _ RB = RB |
| Nach der Darstellung in Fig. 6 besteht zwischen der Ent- |
| ladezeitkonstante TS jeder der Kippstufen und der Rückstellzeit |
| TB, (Zeitdauer des labilen Zustandes) fohgende,Beziehung: |
| 2r< 2 Tp - Ts < 2 (. r + Z'@) |
| oder |
| t < S <r+ |
| Hiebei gilt für die Entladezeitkonstante.Ts = CS
. RB, wobei t |
| .die Periodendauer der Schwingung US, die als Impulse vom Takt- |
| geber TG den Kollektoren der Kippstufen zugeführt werden, und
'r, |
| die Impulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen
des |
| Taktgebers TG bedeutet. |
| Die Fig. 7 zeigt die Impulsfolgen .für eine SchaltuhEs- |
anordnung aus sechs Kippstufen; hiebei sind die Basiswiderstände
der dritten und vierten Transistoren döppelt so groß als die der übrigen Transistoren.
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Es gelten folgende Beziehungen: C'1 a G2 a @3 a 04 r 05 a
06 - 0 S ' TRS3 TRS4 ¢ 2 TRSl RB'i ` %2 = R`B5 ' RB6 3 RB3 = RB4 = 2 RB,
; TRS1 = TRS2 ° TRSS = TRS6 '
Mit dieser Festlegung der Rückstellzeiten für
die dritte und vierte Kippstufe ist es möglich, in Abhängigkeit von dem Synchronimpuls
an dem Ausgangspol UA3 bzw. U$4 eine Folge von zwei Einzelimpulsen zu erhalten,
bei denen die Irinearität der zeitlichen Abstände untereinander und gegenüber dem
Synchronimpuls gewährleistet ist.
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Bei Anschaltung von logischen Verknüpfungsgliedern an die Ausgangspole
der Schaltungsanordnung mit Kippstufen, bei denen die Rückstellzeiten teilweise
gleiche Größe, aber teilweise unterschiedliche Vielfache der genannten Größe aufweisen,
kann man Impulse für einen Impulscode erhalten, wohei in den Impulsfolgen die zeitliche
hinearität der auftretenden Impulse gewährleistet ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen besonders darin,
daß statt aus zwei Transistoren oder diesen äquivalenten Mehrschichthalbleitern
bestehende Schaltstufen des Schieberegisters monostabile Kippstufen mit je einem
Transistor vorgesehen sind; zusätzlich wird für das gesamte Schieberegister nur
eine Schaltstufe benötigt, die von einem Taktgeber gesteuert wird.
Die
Erfindung gestattet die Anwendung der Schaltungsanordnung zur Ein- und Ausgabe von
Impulsen bzw. Impulsfolgen bei einer Zeitmultiplexübertragung; aber auch ist der
Einsatz der Erfindung zur Impulserzeugung in Fernwirkanlagen und in Verkehrssteueranlagen
oder dergleichen möglich.