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Monostabile Transistor-Kippschaltung Die Erfindung betrifft eine
monostabile Transistor-Kippschaltung, die als elektrOntsche Zeitkippstufe für kontaktlose
Steuerschaltungen zur Erzeugung von Impulsen vorgebbarer Dauer vorgesehen ist, welche
unabhängig von der Dauer des Eingangsimpulses zur Erzielung einer gegenüber der
Ausgangs-Impulsdauer kleinen RUckladezeit einen während der Betriebsperiode über
einen Ladekreis aufladbaren Kondensator aufweist, der nach dem Aufladevorgang über
einen zusätzlichen transistorgesteuerten Schaltkreis mit niederohmigem Widerstand
entladen wird.
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In der deutschen Auslegeschrift 1 203 822 ist eine monostabile Transistor-Multivibratorschaltung
beschrieben, die einen ersten und einen zweiten Transistor derselben Leitungsart
aufweist sowie einen unmittelbar zwischen der Kollektorelektrode des ersten Transistors
und der Basiselektrode des zweiten'Transistors eine schalteten Kondensator. Durch
diesen Kondensator wird die Zeit bestimmt, während der die von einem Steuerimpuls
aus ihrem stabilden Zustand gebrachte Triggerschaltung in ihrem unstabilen Zustand
mit leitendem zweiten Transitor bleibt, wobei der Kondensator von dem Kollektor-Emitter-Weg
eines dritten Transistors überbrückt wird. Die Kollektorelektrode des dritten Transistors
ist hierbei mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors und seine Emitterelektrode
mit der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden, während die Basiselektrode
des dritten Transistors an einen Punkt konstanten Potentials gelegt ist.
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Bei der bekannten monostabilen Multivibratorschaltung ist es besonders
nachteilig, daß der dritte Transistor beim Entladen im aktiven Bereich arbeiten
muß, wodurch eine relativ große Entladezeitspanne ben8tiCt wird. Da der Kondensator
außerdem den Basiatrom ftir den dritten Transistor liefert und dieser nichtleitend
wid, wenn die Schwellspannung unterschritten ist, kann
der Kondensator
nicht vollständig durch den dritten Transistor' entladen werden.
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Bei einer weiteren, in der deutschen Auslegeschrift 1 220 889' beschriebenen
monostabilen Multivibratorschaltung, die als elektronisohe Zeitkippstufe für kontaktlose
Steuer- und Regelsehaltungen zur Erzeugung von Impulsen vorgebbarer Dauer dient,
welche unabhängig von der Dauer der Eingangs impulse sind, verwendet man zur Er2ielung
einer gegenüber der Impulsdauer kleinen RUckladezeit ebenfalls einen Kondensator,
Dieser Kondensator ist mit der Basis des Eingangstransistors des Multivibrators
verbunden und außerdem mit dem Eingangsgatter des Multivibrators. Uber einen zusätzlichen
Widerstand ist der Kondensator außerdem an die Versorgungsspannung angeschlossen
und eine Zenerdiode dazu parallel geschaltet, deren Zenerspannung kleiner als die
Versorgungs spannung ist.
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Abgesehen davon, daß die bekannte Schaltung drei AnschlUsse für die
Stromversorgung erfordert, besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die maximale
Impulslaufzeit von einer Sekunde für viele Bedarfsfälle nicht ausreicht. Da der
Kondensator durch die Begrenzung der Versorgungsspannung nicht voll aufgeladen werden
kann, vermindert sich zwar die RUckladezeit, Jedoch hat die teilweise Aufladung
zwangsläufig eine beträchtliche Verminderung der Impulslaufzeit zur Folge. Die Erfindung
bezweckt, die zuvor angefUhrten Nachteile der bekannten transistorgesteuerten monostabilen
Kippschaltungen zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monostabile Kippschaltung
in der Weise auszubilden, daß mit dieser Schaltung extrem lange Impulslaufzeiten
und extrem kurze Standzeiten er .zielt werden.
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Gemäß der Erfindung wird von einer monostabilen Transistor-Kippschaltung
ausgeganen, die als elektronische Zeitkippstufe für kontakt lose Steuerschaltungen
zur Erzeugung von Ausgangs-Impulsen vorgebbarer Dauer vorgesehen ist, welche unnbhängig
von der Dauer
des Eingangslinpulses zur Erzielung einer gegenüber
der Ausgangsimpulsdauer kleinen Rückladezeit einen während der Betriebsperiode Uber
einen Ladekreis aufladbaren Kondensator aufweist, der nach dem Aufladevorgang über
einen zusätzlichen transistorgesteuerten Schaltkreis mit niederohmigem Widerstand
entladen wird.
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Nach der Erfindung ist die monostabile Kippschaltung dadurch gekennzeichnet,
daß eine durch einen ersten» Umschaltsignale führenden Eingang umsteuerbare bistabile
Kippschaltung vorgesehen ist, deren erster, Impulse vorgegebener Dauer führender
Ausgang mit einer Integrationssture in Verbindung steht, deren Ausgang auf eine
an einer Spannungsquelle gleichbleibenden Potentials angeschlossene Addierstufe
einwirkt, deren ausgang zur Ubertragung der Rückstellimpulse an den zweiten Eingang
der bistabilen Kippstufe angeschlossen ist und der zweite Ausgang der bistabilen
Kippstufe, der die RUckstellimpulse für die Integrationsstufe filhrt, mit dem zweiten
Eingang der Integrationsstufe verbunden ist, Mit der charakterisierten monostabilen
Kippschaltung lassen sich extrem lange Einschaltzeiten in Verbindung rrit extrem
kurzen Stand zeiten erzielen.
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Nach einem bevorzugten nusfllhrungsbeispiel ist die monostabile Kippschaltung
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die aus integrierten NOR-Schaltgliedern
gebildete bistabile Kippstufe mit komplementären Transistoren zusammenarbeitet,
deren Wirksamwerden von der Einstellung der bistabilen Kippschaltung und von einem
an einen konstantes Potential führenden Leiter angeschlossenen l;ondensator bestimmt
wird, dessen Ladekreis Uher die Emitter-Basis-Strecke des einen Transistors und
dessen Rntladekreis über die Kollektor-Emitter-Strecke des anderen Transistors geführt
ist, und die Basis des zum mit Entladekreis gehörenden Transistors mit über einen
Widerstand dem Kollektor eines weiteren von der bistabilen Kippschaltung steuerbaren
Transistors verbunden ist.
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Durch den direkten Anschluß des Evondensators an einen konstantes
Potential rührenden Leiter kann ein gepolter Elektrolyt-Kondensator
verwendet
werden, der extrem lange Aufladezeiten zuläßt.
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Dieser Effekt kann noch weiter dadurch begünstigt werden, daß der
dem Ladekreis des Kondensators zugeordnete Transistor (T3) als Feldeffekttransistor
ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung ist an mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben und
zeichnerisch dargestellt: Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der monostabilen
Kippschaltung, ig. 2 das Schaltbild eines Pusführungsbeispiels der rnonostabilen
Kippschaltung, Fig. 3 das Impulsdiagramm eines Schaltvorganges, Fig. 4 spezielle
Ansteuerungen der monostabilen Kippschaltung.
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Die monostabile Kippschaltung gemäß Fig. 1 besteht aus einer über
den an die Eingangs1(lemme E angeschlossenen ersten Eingang E 1 ansteuerbare bistabile
Kippschaltung EF, einer Integrationssture 15 sowie einer Addierstufe AS, die wie
folgt zusammenwirken. Durch einen über den Eingang E 1 ankommenden Auslösemimpuls
wird die bistabile Kippschaltung FF und mit ihr das Ausgangssignal am tusgang 2,
der mit der Klemme A in Verbindung steht, auf binär "L" gestellt. Gleischzeitig
wird über den mit dem Ausgang Al verbundenen Eingang 1 die Integrationsstufe IS
angeregt. Die Spannung am Ausgang 2 der Integrationsstufe IS, der mit der Addierstufe
AS verbunden ist, wächst so lange an, bis die den Wert der konstanten Vergleichsspannung
V errecht, die Uber den Eingang 3 in die Addierstufe AS eingegeben wird. Der Ausgang
4 der Addierstufe AS führt dadurch positives Potential, das über den Eingang E 2
die bistabile Kippstufe FF in ihre Ausgangslage kippt, wodurch der Ausgang Al auf
binär "Null" gestellt wird. Gleichzeitig wird der inverse Ausgang A2 der bistabilen
Kippschaltung FF aktiviert, der über die Steuerleitung 5 die Integrationsstufe IS
in die Aus-' gangslage zurückschaltet. Die monostabile Kippschaltung verharrt in
dieser Ausgangslage bis der nächste Auslösenimpuls auf dem .ingang E l der bistabilen
Kippschaltung FF ankommt.
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Das in Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel der zuvor im Prinzip
beschriebenen monostabilen Kippschaltung weist eine durch Schaltsignale eines ersten
Einganges E3, der an die Eingangsklemme E angeschlossen ist, umsteuerbare aus zwei
NOR-Gattern Gel, G2 gebildete bistabile Kippschaltung FF 1 auf, die zweckmäßig als
integrierte Schaltung ausgeführt ist. DerAusgang 6 der bistabilen Kippschaltung
FF I rührt über einen Widerstand R1 zur Basis 7 eines n-p-n Transistors TI, dessen
Emitter 8 an eine O-Volt führende Klemme angeschlossen und dessen Kollektor 9 mit
dem die Ausgangssignale Ubertragenden an der Klemme A befestigten Leiter A3 verbunden
ist. Von dem Kollektor 9 führt ein Zweigleiter lo zu einem Widerstand R2, von dem
ein weiterer Leiter 11 mit der Basis des p-n-p Transistors T2 in Verbindung steht,
dessen Kollektor 12 über die Leiter 13, 14, 15 und die in Serie geschalteten Widerstände
R4, R5 an die Basis eines weiteren n-p-n Transistors T3 angeschlossen ist. Der Emitter
16 des Transistors T3 ist ebenfalls an einer O-Volt führenden Klemme angeschlossen
und sein Kollektor 17 an einen Umschaltsignale Stibertragenden Leiter 18, der mit
dem zweiten Eingang E4 der bistabilen Kippschaltung PF 1 in Verbindung steht. Von
dem bereits genannten Leiter 11 führt ein Abzweig 19 zu einem Widerstand iL3 der
an einen eine konstante Spannung +U führenden Leiter 20 angeschlossen ist. Von dem
Leiter 2a geht ein Abzweig 21 zum Emitter 22 des Transistors T2, ein weiterer Abzweig
23 über einen Widerstand R7 zum Kollektor 17 des Transistors T3 und ein Leiter 24
zu einem Kondensator C, der Uber eine Verbindung 25 an den bereits erwähnten Leiter
14 angeschlossen ist. Schließlich besteht auch noch eine vom Leiter 15 abzweigende
Verbindung 26 über einen Widerstand R6 an die 0-Volt rührende Klemme.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten monostabilen Kippschaltung
ist folgende: Im Ruhezustand führt der Ausgang 6 des Gatters G1 binär "L", wodurch
die Transistoren T1, T2, T3 leitend sind. Am ausgang A3 und am Leiter 18 liegt dadurch
Null-Potential an. Durch einen über den Eingang E3 ankommenden Eingangsimpuls wird
die bistabile
Kippschaltung, FF 1 umgesteuert, wodurch derAusgang
6-de-s Gatters G1 Null-Potential rührt und die Transistoren T1 und T2-in den nicht
leitenden Zustand überführt werden. Glelchzeiti wird der Ausgang A3 binär "L" und
der Kondensator C kann sich über den Widerstand R5 mit der Zeitkonstanten Ta#R5
. C aufladen. Da bei diesem Vorgang ein Teil des Stromes über die Basis des Transistors
T3 fließt, bleibt der Transistor T3 weiterhin leitend und die Spannung am Leiter
18 etwa Null Volt. Erst nachdem der Kondensator C soweit aufgeladen ist, daß die
Restspannung Uc genügend klein wird, geht der Transistor T3 von dem gesättigten
in den aktiven Zustand über. Mit der weiteren Aufladung des Kondensators C und damit
geringer werdendem Basisstrom des Transistors T3 sinkt dann auch der Kollektorstrom
und steigt die Spannung am Leiter t8 an. Die Spannung wächst so weit, bis sie ausreicht,
das Gatter G2 zu aktivieren und damit die bistabile Kippschaltung FFl umzusteuern.
Durch die Umschaltung der bistabilen Kippschaltung FF1 werden die Transistoren T1
und T2 wieder leitend-und der Kondensator C kann sich über den Widerstand R4 und
den Transistor T2 mit der Zeitkonstanten Te # R4 ' C entladen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten schaltung entspricht die Leitung dem
Ausgang A2 gemäß Fig. 1. "L" auf Leitung 1 Fig. 1) wird durch "O" auf Leitung 6
(Fig. 2) dargestellt (Aufladung!). "L" auf Leitung 5 (Fig. 1) wird durch "L" auf
Leitung 6 (Fig. 6) dargestellt (Entladung!). In Fig. 2 ist die Vergleichsspannung
"V" nicht explizit vorhanden. Als Vergleichsspannung wird die Betriebspannung +U
(Fig. 3) vermindert um die Schwellspannung des Transistors T3 benutzt.
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Der wesentliche Vorzug der in Fig. 2 dargestellten monostabilen Kippschaltung
liegt darin, daß der Kondensator C über den nochohmigen Widerstand R5 sehr langsam
aurgeladen wird. Die Entladung hingegen erfolgt über einen völlig unabhängigen-
Parallelzweig sehr schnell, da der Widerstand R4 sehr klein gewählt werden kann,,
und der maximale Entladestrom bzw. minimale Wert von R4 nur durch den maximal zulässigen
Kollektorstrom des Transistors T2 begrennt wird. Für eine gegenüber der Einschaltzeit
kurzen Standzeit muß
daher die Bedingung R4 « R5 erfüllt sein. Wie
aus Fig. 5 ersichtlich, gilt für das Verhältnis zwischen Standzeit "ts" und Einschaltzeit
"te" in erster Näherung ts:te#Te : Ta#R4 : R5 Dieses Verhältnis kann ,e nach Bedarf
ohne Schwierigkeiten 1 : 1000 oder noch größer gemacht werden. Hierbei bedeuten
"te" und "ts" die tatsächlichen Schaltzeiten, "Te" die Zeitlconstante rür die Entladung
(Standzeit ts), "Ta" die Zeitkonstante für die Aufladung (Einschaltzeit te) und
"R4", "R5" die verwendeten Widerstände.
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In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 4) ist zum Nullstellen der
bistabilen Kippschaltung FF @ vor Beginn der Schaltoperationen ein zweiter Eingang
27 vorgesehen, der an das NOR-Gatter G2 angeschlossen ist und kurzzeitig Potential
führt. Des weiteren kann der Umschaltspannung S führende Leiter 18 an eine UND-Schaltung
28 angeschlossen werden, deren zweiter Eingang 29 gegebenenfalls von weiteren Betriebsbedingungen
abhängiges Scha lt potential führt. Der Ausgang 30 der UND-Schaltung 28 steht mit
dem zweiten Eingang E4 der bistabilen Kippschaltung FF 1 in Verbindung und erhält
in diesem Falle nur dann Umschaltpotential, wenn beide Leiter 18 und 29 Spannug
führen. Über den Eingang 27 kann auch Umschaltpotential während der Laufzeit des
Ausgangsimpulses in die bistabile Kippschaltung r 1 eingegeben werden, um den Ausgangsimpuls
am Ausgang A3 zu verkürzen.
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Zum Abschluß wäre noch darauf hinzuweisen, daß der an dem eine konstante
Spannung +U führenden Leiter co angeschlossene Kondensator C als gepolter Elektrolytkondensator
größere Ladezeiten ermöglicht, was noch weiter dadurch begünstigt werden kann, daß
der n-p-n Transistor T3 als Feldeffekttransistor ausgebildet sein kann.
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Patentansprüche