DE1562253C - Multistabile Schaltung - Google Patents

Description

leitung und bei Anlegung einer synchronisierenden Spannung (die treppenförmige Linie),

F i g. 4 ein Schaltungsschema der erfindungsgeraäßen Schaltungsanordnung darstellt und

F i g. 5 einen zeitlichen Verlauf der Spannungen an zwei Ausgängen der Schaltungsanordnung zeigt.

Bei einer unterbrochenen Rückkopplungsleitung und bei Abwesenheit einer synchronisierenden Spannung, die an einen Kippgenerator 1 über eine Klemme 2 angelegt wird, ergibt sich eine maximale Periodendauer T der Schwingung des Kippgenerators 1 bei Abwesenheit einer Steuerspannung U Eing. an der Klemme 3. Hierbei beträgt die Höhe der Ausgangsspannung U Ausg. am Ausgang 5 der Diskriminatorschaltung 4 ein Minimum (F i g. 1).

Wird eine Eingangsspannung UEing. mit einer bestimmten Polarität an den Steuereingang (Klemme 3) des Kippgenerators 1 angelegt, so verringert sich dessen Schwingungsperiodendauer, was von einer Erhöhung der Gleichspannung am Ausgang 5 der Diskriminatorschaltung 4 begleitet wird.

Es ergibt sich bei unterbrochener Rückkopplungsleitung eine Amplitudencharakteristik, die eine Gerade darstellt (F i g. 2) wenn. Γ = /1 (UEing.) und UAusg. = f₂ (T) linear sind.

Wird eine synchronisierende Spannung mit einer Periodendauer T_s an den Kippgenerator 1 angelegt, die um ein ganzzahliges Vielfaches kleiner ist als die Periodendauer der Eigenschwingung des Generators, so nimmt letzterer eine Frequenzteilung vor.

Das Verhältnis T/T_s kann hierbei als Teilungskoeffizient bezeichnet werden und wird durch den Betriebszustand des Generators bestimmt, insbesondere durch die Höhe der angelegten Steuerspannung.

Eine stufenlose Veränderung der Steuerspannung ruft eine stufenweise Änderung des Teilungskoeffizienten hervor. Da sich die Periodendauer der Schwingung des Generators also nur stufenweise verändern kann CF i g. 3 a), nimmt auch die Ausgangsspannung UAusg. an der Ausgangsklemme 5 der Diskriminatorschaltung 4 trotz stufenloser Änderung der Eingangsspannung UEing. nur bestimmte Werte an, so daß die Amplitudencharakteristik der Schaltung (F i g. 3 b) treppenförmig verläuft mit aufeinanderfolgenden Abschnitten konstanter Ausgangsspannung und einem entsprechenden Verstärkungskoeffizienten größer oder kleiner Eins.

Die Anzahl der Stufen der Amplitudencharakteristik ist durch den Umstimmbereich des Generators und die Periodendauer der synchronisierenden Spannung bestimmt.

Beim Anschließen der Rückkopplungsleitung (Strichlinie in F i g. 1) wird die Ausgangsgleichspannung von der Klemme 5 auf den Steuereingang des Generators (Klemme 3) gegeben, d. h., der Schaltung wird eine zusätzliche Bedingung aufgezwungen:

'ing:

Hierbei schneidet die Rückkopplungscharakteristik, eine unter 45° geneigte, vom Koordinatennullpunkt ausgehende Gerade, mehrfach die treppenförmige Amplitudencharakteristik (Fig. 3b), wobei die Schnittpunkte mit den horizontalen Abschnitten der Amplitudencharakteristik stabile Gleichgewichtszustände der Schaltung darstellen, denn in diesen Punkten verläuft die Rückkopplungsgerade steiler als die Amplitudencharakteristik.

Ein grundsätzliches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung ist in F i g. 4 dargestellt. Als Kippgenerator 1 ist ein bekannter Sperrschwingkreis vorgesehen, der aus einem Transistor 6 und einem Impuls-Transformator 7 gebildet wird. Die synchronisierende Spannung und die Eingangsspannung werden entsprechend an die Klemme 8 bzw. 3 gelegt. Die Ausgangsspannung des Sperrschwingkreises an der Wicklung 10 des Impulstransformators 7 wird an die Frequenz-Trennschaltung 4 angelegt, die aus Dioden 11 und 12, Kondensatoren 13 und 14 und einem Widerstand 15 gebildet wird.

Da die zeitlichen Abstände der Impulse des Sperrschwingkreises relativ groß sind, kann das Verhältnis der Zeitkonstanten beim Aufladen und Entladen des Kondensators 14 in der Größenordnung von 10³ gewählt werden. Hierbei ändert sich die Gleichspannung am Kondensator 14 direkt proportional der Impulsfolgefrequenz des Sperrschwingkreises. Diese Spannung wird für die Steuerung der Frequenz des Speirschwingkreises an den Steuerspannungseingang rückgekoppelt.

Auf diese Weise ermöglicht es die beschriebene Schaltung eine große Anzahl von stabilen Zuständen zu erhalten, die sich durch die Frequenz der Impulsfolge am Generatorausgang (Klemme 16), d. h. dem dynamischen Ausgang der Schaltung und durch die Höhe der Gleichspannung am Ausgang der Diskriminatorschaltung 4 (Klemme 9) dem statischen Ausgang der Schaltung unterscheiden. Als ein Vorteil der vorliegenden Schaltung kann festgestellt werden, daß sogar bei Verwendung eines Generators mit einer nicht linearen Steuerungscharakteristik die Periodendauer der Ausgangsimpulsfolge beim Übergang der Schaltung aus einem beliebigen Zustand in den Nachbarzustand sich um eine streng festgelegte, konstante Größe verändert, die gleich der Periodendauer der synchronisierenden Spannung ist.

Auf diese Weise sind die Koordinaten der stabilen dynamischen Gleichgewichtszustände am dynamischen Ausgang (Klemme 16) nicht von den Parametern der verwendeten Bauteile abhängig. Das trifft für einen großen Änderungsbereich der Parameter dieser Bauteile zu.

Die Verwendung einer gemeinsamen Synchronisationsquelle stellt die Identität der Koordinaten der entsprechenden stabilen Zustände der einzelnen Schaltungselemente sicher und erleichtert infolgedessen die Abstimmung der Elemente in komplizierten Schaltungsanlagen.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Schaltung sind in F i g. 5 die Zeitdiagramme der Spannungen angeführt:

a) Synchronisationsimpulse,

b) Spannungen am statischen Ausgang der Schaltung, d. h. am Ausgang der Frequenz-Trennschaltung (Klemme 9) und

c) Spannungen am dynamischen Ausgang, d. h. am Ausgang des Generators (Klemme 16).

Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, befindet sich die vorliegende Schaltung bis zum Zeitpunkt ^₁ im ersten stabilen Zustand, dem eine minimale Höhe der Steuerspannung Usteuer = U₁ und eine maximale Periodendauer der Schwingung des Sperrschwingkreises entspricht.

Im Augenblick I₁ verändert sich die Aufladung des

Kondensators durch eine äußere Einwirkung derart, daß die Spannung die Größe U₂ erreicht, die dem zweiten benachbarten stabilen Zustand der Schaltung entspricht. Hierbei verkleinert sich die Schwingungsperiodendauer des Sperrschwingkreises um die Größe Ts, die gleich der Periodendauer der Synchronisationsimpulsfolge ist, d. h. T₂-T₁- Ts. In diesem Zustand kann die Schaltung nach Fortfall der äußeren Einwirkung beliebig lange verbleiben, d. h., die neue Größe der Spannung U₂ am Ausgang der Diskriminatorschaltung entspricht dem neuen Schwingungszustand des Generators. Die Überführung der Schaltung im Augenblick t₂ in den dritten stabilen Zustand wird durch die Änderung der Spannung am Ausgang der Diskriminatorschaltung auf eine Größe U₃ begleitet, wobei sich die Schwingungsperiodendauer des Generators auf T₃ = T₂ — T_s ändert.

Die Verwendung eines linearen Generators gestattet, die Anzahl der stabilen Zustände der Schaltung wesentlich zu erhöhen und konstante Sprünge der steuernden Ausgleichsspannung zwischen benachbarten stabilen Zuständen zu erzielen.

Die beschriebene erfindungsgemäße Schaltung kann auf den verschiedenen Gebieten der elektronischen Technik, beispielsweise bei Zähleinrichtungen für Impulse, insbesondere bei Dekaden-Zählwerken, als Speicherzellen und bei anderen elektronischen Einrichtungen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2

aufweisen. Trotz der Einfachheit dieser Schaltung

Patentansprüche: konnte sie keine verbreitete Anwendung finden, weil

bei der praktischen Verwirklichung dieser Schaltung

i. Multistabile Schaltung, bei der in jedem sta- zusätzliche Schaltungen für die Änderung der Phasenbilen Zustand an einem dynamischen Schaltungs- 5 abhängigkeit bei dem Übergang von einem stabilen ausgang eine andere Frequenz einer Impuls- Zustand in einen anderen stabilen Zustand unerläßlich spannung und an einem statischen Schaltungs- sind.

ausgang eine andere Gleichspannung auftritt, die Bei den bekannten Parametrons wird der stabile Zu-

stufenweise veränderbar sind, dadurch ge- stand durch die Schwingungsphase bestimmt, wobei kennzeichnet, daß ein Schwingungserzeuger io einer bestimmten Grundfrequenz einer Schwingungsin Form eines Kippgenerators, beispielsweise eines phase η mögliche stabile subharmonische Phasen ent-

«"Φ- «—«* » ^- verschoben sind.

ausgang und andererseits einer Diskriminator- Bei einem hohen η-Wert ist die Erregung der

schaltung (4) zugeführt ist, an deren Ausgang eine 15 Schwingung schwierig, so daß Parametrons mit nur aus der Impulsspannung hergestellte und der Im- zwei stabilen Zuständen angewendet werden,
pulsspannung proportionale Gleichspannung ab- In Wiederumlaufschaltungen unterscheiden sich die

nehmbar ist, die zur Bildung stabiler Zustände an stabilen Zustände in einer binären Kodierungskombieinen Steuereingang des Schwingungserzeugers nation, die durch die zeitliche Anordnung der Impulsrückgekoppelt ist, und daß der Schwingungs- 20 folge bestimmt wird.

erzeuger von einer Impulsspannungsquelle syn- Die bekannten Wiederumlaufschaltungen haben in-

chronisiert ist. ■ dessen nur eine geringe Verbreitung gefunden, was auf

2. Multistabile Schaltung nach Anspruch 1, da- die Kompliziertheit, die hohen Kosten und die großen durch gekennzeichnet, daß bei einem Sperr- Abmessungen der Anlagen für eine verhältnismäßig schwingeralsSchwingungserzeugereinTransistor(6) 25 kleine Anzahl von stabilen Zuständen zurückzuführen sowie ein Impulstransformator (7) verwendet ist, ist.

dessen Sekundärwicklung (10) mit einem Eingangs- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht

kondensator (13) der Diskriminatorschaltung (4) darin, eine multistabile Schaltung mit mehreren stabilen verbunden ist, dem zwei antiparallele Dioden und Zuständen eines dynamischen Gleichgewichts zu eine Parallelschaltung eines Widerstandes (15) und 30 schaffen, die sich durch die Frequenz einer Impulsfolge eines Kondensators (14) zwischen den Dioden an einem dynamischen Schaltungsausgang und die nachgeschaltet sind, und daß der Verbindungspunkt Höhe einer Gleichspannung an einem statischen zwischen einer Diode (12) und der Parallelschaltung Schaltungsausgang unterscheiden,
an den statischen Schaltungsausgang (9) gelegt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine multistabile

35 Schaltung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekenn-

zeichnet ist, daß ein Schwingungserzeuger in Form

eines Kippgenerators, beispielsweise eines Sperrschwingers, vorgesehen ist, dessen Impulsspannung

Die Erfindung betrifft eine multistabile Schaltung, 4° einerseits dem dynamischen Schaltungsausgang und

bei der in jedem stabilen Zustand an einem dynamischen andererseits einer Diskriminatorschaltung zugeführt Schaltungsausgang eine andere Frequenz einer Impuls- ist, an deren Ausgang eine aus der Impulsspannung spannung und an einem statischen Schaltungsausgang hergestellte und der Impulsspannung proportionale eine andere Gleichspannung auftritt, die stufenweise Gleichspannung abnehmbar ist, die zur Bildung sta-

" veränderbar sind. ' · · 45 biler Zustände an einen Steuereingang des Schwin-

Eine solche Schaltungsanordnung ist insbesondere gungserzeugers rückgekoppelt ist, und daß der Schwin-

für Automatikschaltungen in der Fernübertragungs- gungserzeuger von einer Impulsspannungsquelle syntechnik, in der Rechentechnik sowie für vielerlei chronisiert ist.

andere elektronische Schaltungen verwendbar. Die Bereicherung der Technik durch die vorliegende

Es ist allgemein bekannt, daß bei einer Schaltung 5.° erfindungsgemäße Schaltung besteht im wesentlichen mit mehreren stabilen Zuständen die Erhöhung der darin, daß die Anzahl der benötigten Schaltungs-Anzahl dieser stabilen Zustände in den meisten Fällen elemente unabhängig von der Anzahl der stabilen zu einer proportionalen Vergrößerung der Anzahl der Gleichgewichtszustände ist. Ein Ausführungsbeispiel benötigten Schaltungselemente führt, was, einerseits der vorliegenden Erfindung soll nachstehend an Hand die Betriebssicherheit der Schaltungen herabsetzt und 55 von Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
andererseits deren Herstellungskosten bedeutend er- Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

höht. Schaltungsanordnung zeigt,

Es wurden bereits Versuche unternommen, die An- F i g. 2 ein Amplitudendiagramm der Schaltungszahl der benötigten Schaltungselemente herabzusetzen, anordnung bei unterbrochener Rückkopplungsleitung indem neue Elemente mit zwei und mehreren stabilen 60 in Abwesenheit einer synchronisierenden Spannung Zuständen vorgeschlagen wurden. angibt,

Als Beispiele für solche Elemente können angegeben F i g. 3 a in einem Diagramm die Abhängigkeit der

werden: phasenstabile Schaltungen, Parametrons und Schwingungsperiode der Schaltungsanordnung von Wiederumlaufschaltungen. der steuernden Spannung Using, bei Anlegung einer

■.Bei phasenstabilen Schaltungen sind die stabilen Zu- 65 synchronisierenden Spannung zeigt,
stände durch eine ununterbrochene Folge von Im- F i g. 3 b ein gleiches Diagramm darstellt, in dem die

pulsen gekennzeichnet, die eine erkennbare Phasen- Amplitudencharakteristik der Schaltungsanordnung Übereinstimmung mit einer Folge von Stützimpulsen angegeben ist, bei unterbrochener Rückkopplungs-