DE1638074C - Kippstufe mit dynamischem Eingang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kippstufe mit dynti- Weiter ist eine Schaltungsanordnung bekannt-

misehem Eingang, bei der Kollektoren und Basen geworden (deutsche Auslegeschrift 1226 637), bei

von Transistoren wechselseitig über je einen Kopp- der eine Sicherung gegen von den Ausgängen her

lunßswiderstniid sowie je eine Reihenschaltung aus eingekoppclte Störungen durch die Anordnung von

einem Steuerwiderstand und einem Eingangskonden- 5 jeweils einer Zenerdiode in den Rückkopplungs-

sator miteinander verbunden sind und an dem Ver- zweigen erreicht wird. Diese Maßnahme hat jedoch

bindiingspunk't von Steuerwiderstand und Eingangs- eine Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Stör-

kondensator jeweils ein Eingang angeschlossen ist. impulsen von der Versorgungsspannung zur Folge,

Bistabile Kippstufen dienen der Speicherung von da die Ansteuerung des jeweils leitenden Transistors Impulsen. Aus ihnen lassen sich unter anderem xo über eine Zenerdiode erfolgt. Ein Spannungseinbruch Schieberegister und Zählschaltungen aufbauen. Bei bei der Versorgungsspannung kann daher nicht nur einem Einsatz in ruhenden Steuerungen wird von eine Verringerung des ansteuernden Stromes sonderartigen Kippstufen insbesondere eine einfache dem sogar eine unerwünschte Unterbrechung des-Hnndhabung bei der Projektierung gefordert, d. h., selben zur Folge haben.

die Projektierung einer Steuerung soll ohne Berück- »5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichtigling von durch Kippstufen gegebenen Neben- Kippstufe mit dynamischem Eingang zu erstellen, die bedingungen (Belastungsabhängigkeit, Beeinflussun- gegenüber Störimpulsen von der Versorgungsgen vom Ausgang der Kippstufe durch Belastungs- spannung und von den Ausgängen gesichert ist. In änderungen beispielsweise bei Abfrageschaltungen, einer Weiterbildung der Erfindung wird außerdem Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und von 20 eine Sicherheit gegenüber auf Toreingänge wirkende Änderungen derselben) erfolgen. Außerdem soll eine betriebsmäßig auftretende Signaländerungen sowie Kippstufe bei industrieller Verwendung gegenüber Störimpulse angestrebt.

Störimpulsen weitgehend unempfindlich sein und Diese Aufgabe wird bei der eingangs angegebenen

dennoch eine möglichst hohe Grenzfrequenz be- Kippstufe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die

sitzen. 25 Steuerwiderstände jeweils aus mindestens einem

Bistabile Kippstufen ohne Gedächtnisfunktion ersten und zweiten Teilwiderstand bestehen, an deren werden im allgemeinen unter Verwendung von Tran- Verbindungspunkt jeweils ein Siebkondensator ansistoren sowie einem entsprechenden Widerstands- geschlossen ist. — Bei der erfindungsgemäßen Kippnetzwerk aufgebaut. Bei gleichzeitiger Ansteuerung stufe sind also — abgesehen von den für eine beider Transistoren ist dabei der sich einstellende 30 dynamische Ansteuerung der Kippstufe durch Signal-Schaltzustand nicht definiert. Werden in den Rück- änderungen erforderlichen Eingangskondensatoren — kopplungzweigen Kapazitäten angeordnet, so kippt keine mit den Ausgängen oder den Kopplungsdie Kippstufe auch bei gleichzeitiger Ansteuerung widerständen verbundene Kondensatoren vorgesehen, beider Transistoren. Die Kippstufe erinnert sich also Die Ausgangssignale der Kippstufe weisen daher gewissermaßen an den vorangehenden Schaltzustand 35 steile Flanken auf. Schnelle Änderungen der Be- und besitzt damit eine Gedächtnisfunktion. — Die triebsspannung oder über die Ausgänge der Kipp-Anordnung von Kondensatoren im Rückkopplungs- stufe eingestreute Störimpulse können sich ebenfalls zweig ergibt jedoch häufig die Bildung von störenden nicht auswirken, da sich dadurch keine schnelle Än-Vorimpulsen, die in ruhenden Steuerungen zu Fehl- derung des Ladungszustandes eines Eingangskondenschaltungen von der Kippstufe nachfolgenden Ein- 40 sators und damit keine Ansteuerung eines Transistors richtungen führen können sowie die unerwünschte ergeben kann. Dies verhindern nämlich die erBeeinflussung des Schaltzustandes der Kippstufe vom findungsgemäß vorgesehenen Siebkondensatoren. Ausgang her. Eine Rückwirkung der Siebkondensatoren auf das

Es ist bereits eine Kippstufe mit dynamischen Schaltverhalten der Kippstufe tritt nicht auf, da sie

Eingängen bekannt, bei der Kollektoren und Basen 45 jeweils an einen Verbindungspunkt von Teilwider-

von Transistoren wechselseitig über je einen Kopp- ständen des den Ladungszustand eines Eingangs-

lungswiderstand sowie je einer Reihenschaltung aus kondensators steuernden Widerstandes angeschlossen

einem Steuerwiderstand und einem Eingangskonden- sind.

sator miteinander verbunden sind (TN-Nachrichten, Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in 1966, Heft 66, S. 49, 50). An dem Verbindungspunkt 50 der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher von Steuerwiderstand und Eingangskondensator ist erläutert werden, aus dem sich weitere Einzelheiten zur dynamischen Ansteuerung der Kippstufe jeweils sowie auch weitere Vorteile ergeben,
ein Eingang angeschlossen. Die bei der bekannten Die Figur zeigt eine Kippstufe mit zwei Tran-Kippschaltung angestrebte Störsicherheit soll durch sistoren 3, 38, deren Emitter an eine Leitung 14 und Kondensatoren erzielt werden, die eine kapazitive 55 deren Kollektoren über Widerstände 2 bzw. 37 an Belastung beider Ausgänge darstellen. Diese Maß- eine Leitung 8 angeschlossen sind. Die Leitung 14 nähme führt jedoch nachteiligerweise zu einer Ver- liegt auf Bezugspotential. Über die Leitung 8 wird schlechterung der Flankensteilheit der Ausgangs- die Betriebsspannung zugeführt. Die Kollektoren signale, so daß gegebenenfalls sogar besondere und Basen der Transistoren 3 bzw. 38 sind wechsel-Triggerstufen vorzusehen sind. Auf jeden Fall 60 seitig über je einen Kopplungswidcrstand 6 bzw. 34 machen sich aber bei Signalen mit schlechter sowie je eine Reihenschaltung aus einem Steuer-Flankensteilheit die Stromverstärkungsfaktoren der widerstand, der jeweils aus Teilwiderständen 9, 11, Transistoren bemerkbar. Dies ergibt weiter sogar 13 bzw. 27, 29, 31 besteht und einem Eingangsnoch eine unerwünschte Temperaturabhängigkeit der kondensator 7 bzw. 32 miteinander verbunden. Flankensteilheit. — Außerdem hat die kapazitive 65 Durch die Kopplungswiderstände 6 bzw. 34 wird Belastung beider Ausgänge eine ungünstige Stör- das Kippvcrhalten der Schaltung bestimmt. Über die empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Betriebs- Teilwiderstände 9, 11, 13 bzw. 27, 29, 31 erfolgt in spannung zur Folge, Abhängigkeit vom Schaltzustand der Kippstufe eine

Auf- bzw. Entludung der Eingangskondensatoren 7 bzw. 32. An den Verbindungsaunkt des Widerstandes 13 mit dem Kondensator 7 bzw. 31 mit 32 ist eine Diode 18 bzw, 21 angeschlossen. Die Anoden von 18 und 21 sind miteinander verbunden. Dieser Verbinduiigspunkt wird mit 19 bezeichnet. Er ist über einen Widerstund 20 mit der Leitung 14 sowie direkt mit einer Eingangsklemme 1 verbunden. 1 stellt den dynamischen Eingung der Kippstufe dar, über den diese durch Signallinderungen ungesteuert werden kann.

An den Verbindungspunkt 12 bzw. 30 des ersten Teilwiderstandes 13 bzw, 31 mit einem zweiten Teilwidersland 11 bzw. 29 ist ein Siebkondcnsator 17 bzw. 26 angeschlossen, dessen zweite Klemme jeweils mit der Leitung 14 verbunden ^;st. An den Verbindungspunkt 10 bzw. 28 des zweiten Teilwiderstandes 11 bzw. 29 mit dem dritten Teilwiderstand 9 bzw. 27 sind unter Zwischenschaltung von Trenndioden 16 bzw. 23, 25 Toreingänge 15 bzw. 22, 24 angeschlossen. — Die mit den Kollektoren der Transistoren 3 bzw. 38 verbundenen Ausgangsklemmen sind mit 33 bzw. S bezeichnet. Weiter sind noch Setzoder Löscheingänge 4 bzw. 35 vorgesehen, die über Widerstände 5 bzw. 36 an die Basen der Transistoren 3 bzw. 38 angeschlossen sind. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kippstufe wird von folgendem Betriebszustand ausgegangen:

Transistor 3 ist leitend und Transistor 38 gesperrt. Dann liegt am Ausgang 5 praktisch die Betriebsspannung U_n an. Der Ausgang 33 befindet sich annähernd auf Bezugspotential. Weiter werden beide Seiten des Kondensators 32 vom leitenden Transistor 3 über die Widerstände 34 bzw. 27, 29 und 31 auf Bezugspotential gehalten. Der mit der Basis des Transistors 3 verbundene Anschluß des Kondensators 7 befindet sich ebenfalls praktisch auf Bezimspotential. An dem mit dem Widerstand 13 verbundenen Anschluß von 7 liegt jedoch Betriebsspannung U_n an. Außerdem soll auch an der Klemme 1 O-Signal anliegen, womit sich der Punkt 19 auf Bezugspotential befindet. Die Diode 18 wird dann in Sperrichtung von der an 7 anliegenden Spannung U₁₁ beaufschlagt.

Tritt nun an der Eingangsklemme 1 ein Spannungssprung auf einen Wert, der etwas kleiner als U₁₁ ist. auf, so bleibt die Diode 18 gesperrt, wahrend die Diode 21 leitend wird. Über den Kondensator 32 erfolgt dadurch eine Ansteuerung des Transistors 38. Die Schaltung kippt in ihren zweiten Betriebszustand, in dem 38 leitend und Transistor 3 gesperrt ist. Bei einem Wegfall der Spannung am Eingang 1 ändert sich dieser Schaltzustand nicht. Eine weitere Umschaltung erfolgt erst bei einem erneuten Spannungssprung am Eingang 1 von Bezugspotential auf annähernd U₁₁. — Die Kippstufe arbeitet somit als Impulsuntersetzer.

Für ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Kippstufe, insbesondere bei einem Einsatz in industriellen Steuerungen, ist deren Empfindlichkeit gegenüber Störimpulsen von Bedeutung. Diese können über den Eingang 1, die Betriebsspannung {/„ führende Leitung 8 sowie die Ausgänge 5, 33 und weiter über die Toreingänge 15, 22, 24 einwirken. — Da die Kippstufe über den Eingang 1 durch dynamische Signale (Signaländerungen) angesteuert wird, erfolgt die Absicherung gegenüber Störimpulsen an dieser Stelle durch eine gesonderte, an sich bekannte Vorstufe.

Bei der Betrachtung des Einflusses von Störimpulsen, die über die Betriebsspannung U_tl führende Leitung 8 sowie von den Ausgängen 5, 33 her einwirken können, sei von dem vorstehend angenommonen Schaltzustand Transistor 3 leitend, Transistor 38 gesperrt, ausgegangen, Von dem leitenden Transistors werden beide Klemmen des Kondensators 32 sowie die mit der Basis von 3 verbundene Klemme des Kondensators 7 auf annähernd Bezugspotential

ίο gehalten. Störimpulse können sich an diesen Punkten nicht auswirken. Sie werden über den Transistor 3 abgeleitet. Eine Störempfindlichkeit ergibt sich jedoch durch die Aufladung des Kondensators 7 über ' die Widerstände 9, 11, 13 auf annähernd U_n, Ändorungen von U_u sowie über den Ausgang 5 eingestreute Störimpulse könnten daher zu einer Änderung der Aufladung des Kondensators 7 führen und eine fehlerhafte Ansteuerung der Kippstufe zur Folge haben. Bei der erfindungsgemäßen Kippstufe führen

ao jedoch diese Störungen zu keiner fehlerhaften Ansteuerung, da sie durch den Siebkondensator 17 unwirksam gemacht werden. — Durch die Siebkondensatoren 17 bzw. 26 wird somit die Sicherheit gegenüber Störungen von der Betriebsspannung U_n und

»5 vor. den Ausgängen 5, 33 erzielt.

Bei der Verwendung der Kippstufe in größeren Schaltungen ergibt sich häufig der Fall, daß die Kippstufe nicht als einfacher Impulsuntersetzer arbeitet und daß bei bestimmten Schaltzuständen keine Ansteuerung erfolgen darf. Das Unterbinden der Ansteuerung könnte durch besondere, dem r.ingam: 1 vorgeschaltete Einrichtungen erfolgen. Dies erhöht jedoch den Aufwand und gestaltet außerdem die Projektierung schwierig. Bei der erfindungsgemäßen Kippstufe sind für ein Sperren der Ansteuerung Toreingänge 15, 22, 24 vorgesehen. Damit ergibt sich für diese Eingänge — abgesehen von der Sicherheit gegenüber Störimpulsen — noch das besondere Problem, daß betriebsmäßig zu beliebigen Zeiten auftretende Signaländerungen keine Ansteuerung der Kippstufe hervorrufen dürfen. Durch den Anschluß der Toreingänge 15 bzw. 22, 24 an den Verbindungspunkt 10 bzw. 28, der zwischen dem zweiten Teilwiderstand 11 bzw. 29 und dem dritten Teilwiderstand 9 bzw. 27 liegt, wird dieses Problem gelöst und darüber hinaus auch eine Sicherheit gegenüber Störimpulsen an den Toreingängen 15, 22, 24 erzielt.

Zur Erläuterung des Sperrens der Kippstufe über einen Toreingang sei wieder von dem Schaltzustand Transistor 3 leitend, Transistor 38 gesperrt, ausgegangen. Durch den leitenden Transistor 3 werden beide Klemmen des Kondensators 32 sowie die mit der Basis von 3 verbundene Klemme des Kondensators 7 auf Bezugspotential gehalten. Die mit dem Widerstand 13 verbundene Klemme von 7 befindet sich praktisch auf Betriebsspannung U_n, und die Diode 18 sperrt. Außerdem soll an allen Toreingängen 15, 22, 24 Null-Signal anliegen. — Zur Blockierung der Ansteuerung der Kippstufe über den Eingang 1 wird nun beispielsweise an den Toreingang 22 Spannung in Höhe von annähernd U_n (L-Signal) angelegt. Bei fehlendem Siebkondensator 26 würde sich dadurch eine unerwünschte Ansteuerung der Kippstufe und eine Änderung des Schaltzustandes derselben ergeben. Durch den zweiten Teilwiderstand 29 und den Siebkondensator 26 wird dies aber verhindert. Sobald an der mit dem Wider-

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stand 31 verbundenen Klemme des Kondensators 32 L-Signal anliegt, sperrt auch die Diode 21, und Spannungsänderungen am Eingang 1 können keine Ansteuerung der Kippstufe mehr bewirken.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Zeitkonstantc des aus erstem Teilwiderstand 13 bzw. 31 und Eingangskondensator 7 bzw. 32 gebildeten /?C-Gliedes etwa gleich der Zeitkonstanten des aus zweitem Teilwiderstand 11 bzw. 29 und Siebkondensator 17 bzw. 26 bestehenden /?C-Gliedes zu wählen. Dadurch ergibt sich eine schnelle Umladung des Kondensators 32 bzw. 7 und damit eine hohe Schaltfrequenz der Kippstufe, ohne daß unzulässig hohe Ströme beim Aufschalten eines L-Signals an einem Toroingang 15, 22, 24 auftreten, die eine unzulässige Ansteuerung der Kippstufe bewirken könnten. — Weiter ist günstig, daß sich die Anzahl der Toreingänge bei der erfindungsgemäßen Kippstufe beliebig wählen oder durch Vorschaltung piassiver UND- sowie ODER-Gatter erhöhen läßt. Die Projektierung von Schaltungen kann daher ohne Berücksichtigung zusätzlicher Bedingungen bezüglich der Beschattung der Kippstufe freizügig erfolgen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Kippstufe mit dynamischem Eingang erstellt wurde, die gegenüber Störungen von der Betriebsspannung von den Ausgängen und von den Toreingängen gesichert ist. Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Kippstufe eine freizügige Projektierung von Schaltungen, da weder zusätzliche Siebmitel in der Stromversorgung noch zusätzliche Eledingungen bezüglich der Beschaltung der Kippstufe zu berücksichtigen sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kippstufe mit dynamischem Eingang, bei dei Kollektoren und Basen von Transistoren wechselseitig über je einen Kopplungswiderstand sowie je eine Reihenschaltung aus einem Steuerwiderstand und einem EingEingskondensator miteinander verbunden sind und an dem Verbindungspunkt von Steuerwiderstand und Eingangskondensator jeweils ein Eingang angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwiderstände (9, 11, 13; 27, 29, 31) jeweils aus mindestem einem ersten (13; 31) und zweiten (11; 29) Teilwiderstand bestehen, an deren Verbindungspunki (12; 30) jeweils ein Siebkondensator (17; 26) angeschlossen ist.

2. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch ge· kennzeichnet, daß die Steuerwiderstände (9, 11 13; 27, 29, 31) jeweils aus drei Teilwiderständer bestehen und daß jeweils an den Verbindungs punkt des zweiten (11; 29) und dritten (9; 27 Teilwiderstandes mindestens ein Toreingang (15 22, 24) angeschlossen ist.

3. Kippstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurci gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des au: erstem Teilwiderstand (13; 31) und Eingangskon densator (7; 32) gebildeten ÄC-Gliedes etw:

gleich der Zeitkonstanten des ans zweitem Teil widerstand (11; 29) und Siebkondensator (17; 26 bestehenden /?C-Gliedes ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen