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Die Erfindung betrifft einen bistabilen Multivibrator mit zwei Transistoren
vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Wiederherstellung
des eingespeicherten Schaltzustandes nach der Wiederkehr der zuvor ausgefallenen
Versorgungssp annung.
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Umfangreiche Regeleinrichtungen besitzen unter anderem auch Vorrichtungen,
um in besonderen Betriebszuständen von automatischem Betrieb auf Handsteuerbetrieb
(Hand-Automatik-Umschaltung) umzuschalten. Diese Umschaltung erfolgt über sogenannte
Leitgeräte. Früher verwendete Leitgeräte enthielten hierfür einen Rastschalter,
der mit seiner Schalterstellung zuglelc-h die Betriebsart festlegte.
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Neuere Leitgeräte arbeiten in Impulstechnik, d. h., daß durch einen
ersten Impuls z. B. von Handsteuerbetrieb auf automatischen Betrieb und durch den
nächsten Impuls wieder zurück auf Handsteuerbetrieb geschaltet wird. Diese Impulse
steuern bistabile Multivibratoren an, die als Speicherglieder für die Betriebsart
dienen. Bistabile Multivibratoren haben jedoch den Nachteil, daß die in ihnen gespeicherte
Information beim Ausfall der Versorgungsspannung verlorengeht. Aus diesem Grund
ist die Verwendung von bekannten Multivibratoren für diesen Zweck nicht möglich.
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ähnliche Schwierigkeiten bestehen auch bei der Verwendung von bistabilen
Multivibratoren als Speicherglieder in elektronischen Rechnern. Für diese Zwecke
sind besondere bistabile Multivibratorschaltungen geschaffen worden, die mit der
Wiederkehr der Versorgungsspannung den vorher eingespeicherten Schaltzustand selbsttätig
wiederherstellen.
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Diese Speicherschaltungen (deutsche Auslegeschriften 1 376, 1 134710
und 1 357) beruhen auf dem Sättigungsverhalten eines ferromagnetischen Kerns mit
annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife, der von den Arbeitsströmen der bistabilen
Multivibratoren beeinflußt wird. Die Wirksamkeit dieser Einrichtungen zur selbsttätigen
Wiederherstellung des eingespeicherten Schaltzustandes ist im wesentlichen zeitlich
begrenzt. Diese Eigenschaft ist jedoch nicht immer und z. B. bei dem oben beschriebenen
Einsatz von bistabilen Multivibratoren in Regeleinrichtungen nicht erforderlich,
da bei einem Ausfall der Versorgungsspannung, der eine Zeitdauer von ungefähr 10
Sekunden überschreitet, bereits störende Veränderungen an den Regelstrecken vorgegangen
sein können, so daß in diesem Fall immer Eingriffe von Hand in die Regelstrecke
erforderlich sind. Nachteilig bei den bekannten Schaltungen sind die verwendeten
Kerne aus ferromagnetischem Material, die wegen ihrer komplizierten Bewicklung hohe
Kosten verursachen. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Kernen aus ferromagnetischem
Material mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife ist dessen große Stoßempfindlichkeit.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten
Schaltungen zu vermeiden und eine möglichst einfache, raumsparende und stoßunempfindliche,
insbesondere für den Einsatz in Regeleinrichtungen bestimmte Schaltung anzugeben.
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Die Erfindung geht dazu aus von einem bistabilen Multivibrator mit
zwei Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit einer Einrichtung zur selbsttätigen
Wiederherstellung des eingespeicherten Schaltzustandes nach der Wiederkehr der zuvor
ausgefallenen Versorgungsspannung und besteht darin, daß ein Speicherglied parallel
zu der Kollektor-Emitter-Strecke des einen Transistors geschaltet ist, das die an
der Kollektor-Emitter-Strecke anstehende Spannung speichert und sich bei einem Ausfall
der Versorgungsspannung in dem Schaltzustand, in welchem der Transistor gesperrt
ist, über die Basis-Emitter-Strecke des anderen Transistors langsam entlädt und
die Zeitdauer des Entladevorganges die Wirksamkeit der Einrichtung zur selbsttätigen
Wiederherstellung des eingespeicherten Schaltzustandes zeitlich begrenzt. In einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält das Speicherglied einen Speicherkondensator
und vorgeschaltete Widerstände, denen mindestens eine Diode so zugeordnet ist, daß
die Aufladung des Kondensators mit einer anderen Zeitkonstanten als seine Entladung
erfolgt. Damit beim erstmaligen Einschalten der Versorgungsspannung ein definierter
Schaltzustand erreicht wird, besitzt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
der Arbeitswiderstand des einen Kollektorstromkreises eine Mittelanzapfung, welche
über einen Kondensator mit Massepotential verbunden ist, wobei die Kapazität dieses
Kondensators sehr klein gegen diejenige des Speicherkondensators ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand eines Schaltbildes
im folgenden beschrieben; Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen
bistabilen Multivibrators. An der Klemme 1 wird die auf das Massepotential bezogene
Versorgungsspannung + UB zugeführt. Der bistabile Multivibrator besteht im wesentlichen
aus den Transistoren 2 und 3. Der Arbeitswiderstand des-Transistors 2 ist als Reihenschaltung
zweier Widerstände 4a und 4b dargestellt. Der Widerstand 5 ist der Arbeitswiderstand
des Transistors 3. Die Basis des Transistors 2 ist mit dem Kollektor des Transistor
3 über den Widerstand 6 verbunden. Entsprechend ist die Basis des Transistors 3
mit dem Kollektor des Transistors 2 über den Widerstand 7 verbunden. ZumUmsteuern
des bistabilen Multivibrators von dem einen Schaltzustand in den anderen Schaltzustand
dient eine an sich bekannte Ansteuerschaltung aus den Dioden 8 und 9, den Kondensatoren
10 und 11 sowie den Widerständen 12 bis 14 und einem Tastschalter 15, die so angeordnet
sind, daß bei jedem Betätigen des Tastschalters 15 der bistabile Multivabrator von
dem einen Schaltzustand in den anderen Schaltzustand gesteuert wird. Die Ausgangsgröße
des bistabilen Multivibrators ist das Potential der Klemme 16.
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Befindet sich der Transistor 2 in dem leitenden Zustand, so befindet
sich das Potential der Klemme 16 praktisch auf Massepotential. Dieser Schaltzustand
entspricht z. B. dem Befehl »Handsteuerbetrieb« für die Regeleinrichtung. Ist der
Transistor 2 dagegen gesperrt, so nimmt die Klemme 16 das Potential der Versorgungsspannung
+ UB an. Dieser Schaltzustand entspricht dann dem Befehl »automatischer Betrieb«
für die Regeleinrichtung.
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Um mit dem erstmaligen Einschalten der Versorgungsspannung einen
definierten Schaltzustand zu erhalten, wird der im Prinzip symmetrisch aufgebaute
Multivibrator durch das Einfügen der Dioden 17 und 18 sowie des Kondensators 19
unsymmetrisch gemacht. Wegen der Schwellen der Dioden 17 und 18 sowie wegen des
Kondensators 19, der im ersten Augenblick nach dem Einschalten der Versorgungsspannung
als Kurzschluß wirkt, kann der Transistor 3 beim erstmaligen Einschalten nicht leitend
werden,
sondern es fließt über die Widerstände 5 und 6 und die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 2 ein Strom, der Transistor 2 wird in den leitenden Zustand gesteuert,
und die Klemme 16 liegt damit auf Massepotential.
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Gemäß der Erfindung ist parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 2 ein Speicherglied geschaltet, das aus einem Speicherkondensator
20, den Widerständen 21 und 22 sowie der Diode 23 besteht.
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Um die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Speicherschaltung bei
einem Ausfall der Versorgungsspannung zu beschreiben, wird zunächst angenommen,
daß durch Betätigen des Tastschalters 15 der Transistor 2 gesperrt ist und damit
der Kollektor des Transistors 2 praktisch auf dem Potential der Versorgungsspannung
+ UB liegt. Der Kondensator20 lädt sich über den Widerstand 22 auf die an der Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 2 anstehende Spannung auf. Wird nun durch ein erneutes Betätigen
des Tastschalters 15 der Transistor 2 in den leitenden Zustand geschaltet, so entlädt
sich der Speicherkondensator 20 über die Diode 23 und den Widerstand 21 sowie über
die leitende Kollektor Emitter-Strecke des Transistors 2. Dieser Entladevorgang
geht so schnell wie möglich vor sich. Hierbei begrenzt der Widerstand 21 den Entladestrom
so weit, daß der Transistor 2 nicht überlastet werden kann. Mit einem erneuten Betätigen
des Tastschalters 15 werde der Transistor 2 wieder in den gesperrten Zustand zurück
geschaltet. Der Speicherkondensator 20 lädt sich wieder über den Widerstand 22 auf
die Versorgungsspannung + UB auf. Fällt in diesem Schaltzustand die Versorgungsspannung
z. 3. durch einen Kurzschluß zwischen den Anschlußklemmen der Versorgungsspannungsquelle
aus, so entlädt sich der Speicherkondensator 20 über die Diode 23, die Widerstände
21 und 7 sowie die Dioden 17 und 18 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors
3. Der Widerstand 21 ist sehr klein gegenüber dem Widerstand 7 gewählt, so daß die
Zeitdauer des Entladevorganges im wesentlichen durch den Widerstand 7 und den Speicherkondensator
20 bestimmt wird.
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Während der Dauer des Entladevorgangs fließt in die Basis des Transistors
3 ein Strom, der bei der Wiederkehr der Versorgungsspannung den Transistor3 in den
leitenden und den Transistor 2 in den gesperrten Zustand steuert, also den vor dem
Ausfall der Versorgungsspannung vorhandenen Schaltzustand wiederherstellt. Eine
Entladung des Speicherkondensators 20 über die Klemme 1 wird durch eine Diode 24
verhindert. Der Widerstand 22 ist so bemessen, daß er zusammen mit den Widerständen
4 a und 4 b den Ladestrom des Kondensators 20 begrenzt.
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Befindet sich der Transistor 2 dagegen im Augenblick des Ausfalls
der Versorgungsspannung im leitenden Zustand, so ist der Speicherkondensator 20
entladen,
und mit der Wiederkehr der Versorgungsspannung wird der Transistor 2 wie beim erstmaligen
Einschalten der Versorgungsspannung in den leitenden Zustand gesteuert.
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Wie bereits oben beschrieben, ist die Einrichtung zur selbsttätigen
Wiederherstellung des eingespelcherten Schaltzustandes nur innerhalb einer bestimmten
Zeitdauer nach dem Ausfall der Versorgungsspannung wirksam. Die Zeitdauer der Wirksamkeit
läßt sich durch die Bemessung der Widerstände 7 und 21 sowie des Kondensators 20
und der Höhe der Versorgungsspannung + Uß einstellen. Innerhalb dieser Zeitdauer
ist sichergestellt, daß mit der Wiederkehr der Versorgungsspannung auch der vorher
eingestellte Schaltzustand selbsttätig wiederhergestellt wird. Überschreitet der
Ausfall der Versorgungsspannung die vorbestimmte Zeitdauer, so wird mit ihrer Wiederkehr
der sichere der beiden möglichen Schaltzustände, z.B. der Befehl »Handsteuerbetrieb«
bei einer Regeleinrichtung mit Hand-Automatik-Umschaltung, wiederhergestellt.
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Patentansprüche: 1. Bistabiler Multivibrator mit zwei Transistoren
vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Wiederherstellung
des eingespeicherten Schaltzustandes nach der Wiederkehr der zuvor ausgefailenen
Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherglied (20 bis 23) parallel
zu der Kollektor-Emitter-Strecke des einen Transistors (2) geschaltet ist, das die
an der Kollektor-Emitter-Strecke anstehende Spannung speichert und sich bei einem
Ausfall der Versorgungsspannung (+ UB) in dem Schaltzustand, in welchem der Transistor
(2) gesperrt ist, über die Basis-Emitter-Strecke des anderen Transistors (3) langsam
entlädt und die Zeitdauer des Entladevorgangs die Wirksamkeit der Einrichtung zur
selbsttätigen Wiederherstellung des eingespeicherten Schaltzustandes zeitlich begrenzt.
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2. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Speicherglied (20 bis 23) einen Speicherkondensator (20) und vorgeschaltete
Widerstände (21, 22) enthält, denen mindestens eine Diode (23) so zugeordnet ist
daß die Aufladung des Speicherkondensators (20) mit einer anderen Zeitkonstanten
als seine Entladung erfolgt.