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Elektronischer Baustein, insbesondere für elektronische Steuerschaltungen
von Maschinen.
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Die Erfindung betrifft einenelektronischen Baustein für ein elektronisches
Schaltungssystem, insbesondere für Steuerschaltungen von Maschinen, der mindestens
ein mit einem Steuereingang verbundenes aktives Halbleiterelement enthält und einen
Strompfandeingang und einen Strom pfadausgang aufweit, mit welchem er analog einem
mechanischen Schalter als elektronischer Arbeits- oder Ruhekontakt in einen Strompfad
entsprechend dem Stromlauf plan der Schaltung gelegt ist, nach Patent (Patentanmeldung
R 19 05 560,8).
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Elektronische Steuerschaltungen für Maschinen und Vorrichtungen sind
auf allen technischen Gebieten bereits
seit langem in Verwendung.
Sie dienen häufig als Ersatz für frühere Steuerschaltungen, bei denen mit Hilfe
von Schaltrelais mit mechanischen Arbeits- oder Ruhekontakten die Steuerung der
Maschinen oder Vorrichtungen bewirkt worden ist. Elektronische Steuerelemente, insbesondere
Transistoren, erlauben Schaltungen frei von mechanischen Kontakten mit den bekannten
Vorteilen der größeren Schaltgeschwindigkeit und der geringeren Steuerleistung.
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In der Praxis hat jedoch die EinfUhrung elektronischer Steuerschaltungen
die Projektierung von Steuerschaltungen für Maschinen insofern erschwert, als zum
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bau dieser Schaltungen ein Elektronifachmann erforderlich geworden.;
ist. Bei der Ausbildung der elektronischen Schaltungen ging dabei die Entwicklung
zur. Ausbildung ausgeprägter Schaltstufen, die jeweils bestimmte logische Bedingungen
erfüllen, insbesondere sogenannter UND-Stufen oder ODER-Stufen. Bei der Projektierung
der heute gebräuchlichen elektronischen Steuerschaltungen wird zunächst an Hand
des erforderlichen Steuerprogramms, das mit Hilfe dieser Schaltung abgewickelt werden
soll, eing Analyse des Programms nach den ein zelnen logischen Bedingungen, die
es erfüllen muß, durchgeführt und dementsprechend ein Aufbau der Schaltung aus einzelnen
logischen Schaltungsstufen angestrebt. Je umfangreicher das Steuerprogramm wird,
desto schwieriger-wird auch die Projektierung der Steuerschaltung als Zusammensetzung
einzelner logischer Schaltstufen, und es ergeben sich Steuerschaltungen
mit
einem komplizierten Aufbau aus Haupt stufen und zahlreichen Querverbindungsstufen.
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Dom Hauptpatent lag die Aufgabe zugrunde, ein elektronishces Schaltungssystem
zu schaffen, des auch den Aufbau komplizierter Steuerschaltungen mit einfachen Schaltelementen
selbst durch einen Nichtelektroniker erlaubt.
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Diese Aufgabe wurde mittels elektronischer Bausteine mit dem eingangs
beschriebenen Aufbau gelöst, die unabhängig von ihrer logischen Funktion im System,
also beispielsweise ihrer Funktion als UND-, ODER- oder Kippschaltelement, analog
mechanischen Schaltern direkt in die Strompfade-der Schaltung gelegt werden können,
Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Bausteine.
Ihr lag die Aufgabe zugrunde, die elektronischen Bausteine so zu gestalten, daß
ihr Steuerteil und ihr Schaltungsteil noch stärker voneinander getrennt sind, so
daß auch in komplizierten und umfangreichen Schaltungen keine unerwünschten Rückwirkungen
von der Schaltungsseite auf die Steuerseite und umgekehrt und auch keine Rückstrombildungen
in der Schaltung auftreten könne. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß
der Baustein einen mit dei Steuereingang verbundenen ersten Transistor (Steuertransistor)
aufweist, der die Basis eines sweiten Transistors (Schalttransistor) von entgegengesetztem
Typ steuert, dessen emitter/Kollektorstrecke in Reihe mit einer die Stromrichtung
festlegende Diode
den Strompfad des Bausteins zwischen dem Strompfadeingang
und dem Strompfadausgang bildet, so daß der Strompfad unabhängig von der an der
jeweiligen Einbaustelle herrschenden potentiallage in die Schaltung eingefügt werden
kann.
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Bei einem als Ruhenkontakt ausgebildeten Baustein gemäß der Erfindung
ist ein zwischen die Basis des erstem Transistors und den Steuereingang gelegter
dritter Transistor vom gleichen Typ wie der erste Transistor vorgesehen. Zwischen
der Basis des mit dem Steuereingang über einen Widerstand verbundenen ersten oder
dritten Transistors und dessen Emitter ist zweckmäßig ein aus einer Parallelschaltung
eines Widerstandes mit einem Kondensator bestehendes Zeitglied gelegt. Dadurch wird
eine gewisse Einshcalt-und Abschaltverzögerung und damit eine entsprechende Unempfindlichkeit
der Bausteine gegen störspannungsspitzen erreicht.
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Das Auftreten unerwünschter Rückströme in den mit Bausteinen gemäß
der Erfindung ausgebildeten Schaltungen wird durch die im die Strompfade der Bausteine
gelegten richtungsbestimmenden Dioden verhindert.
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Durch die Verwendung komplementärer Transistoren in den Bausteinen,
also eines pnp-Transistors und eines npn-Transistors, wird die gewünschte Potentialunabahängigkeit
der einzelnen Bausteine in der Schaltung erzielt. Alle Bausteine können auf eine
gleiche Steuerspannung ausgelegt sein, die wegen des verwendeten
Zeitgliedes
auch unstabilisiert sein kann.
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Der Steuereingang wird von der Potentiallage am Strompfadeingang und
Strompfadausgang des Bausteines nicht berührt.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung, auf der zwei erfindungsgemäß ausgebildete Bausteine
im Schaltbild dargestellt sind.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 den- Aufbau eines als Arbeitskontakt wirkenden
Bausteins gemäß der Erfindung; Fig. 2 den Aufbau eines als Ruhenkontakt wirkenden
Bausteins gemäß der Erfindung; Pig. 3 ein Realisschaltbild, das dem Aufbau des als
Arbeirtskontakt wirkenden Bausteins nach Fig. 1 entspricht.
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Der in Fig. 3 dargestellte Baustein 30 entspricht einem Arbeitskontakt.
Er weist auf seiner Steuerseite außer einem Steuereingang 32 einen Masseanschluß
31 auf. Auf seiner schaltseite ist er mit einem Strompfadeingang 33 und einem Strompfadausgang
34 versehen.
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Der Baustein 30 enthält zwei Transistoren 120 und 130, von denen der
eine Transistor 120, der auch als Steuertransistor bezeichnet werden kann, ein npn-Transistor
-und
der andere Transistor 130, der auch als Schalt transistor
bezeichnet werden kann, ein pnp-Transistor ist. Die beiden Transistoren 120 und
130 könnten auch vertauscht eingesetzt sein, wodurch sich die Durchlaßrichtung der
Schalstrecke ändern würde. Der Steuertransistor 12Q ist mit seiner Basis über einen
Widerstand 121 mit dem Steuereingang 32 verbunden. Zwischen seine Basis und den
Emitter ist ein eine bestimmte Einschalt- und Abschaltverzögerung verursachendes
Zeitglied, bestehend aus der Parallelschaltung eines Kondensators 122 mit einem
Widerstand 123, gelegt. Der Kollektor des Steuertransistors 120 ist über einen Widerstand
124 mit der Basic des komplementären Schalt transistors 130 verbunden, dessen Emitter/Kollektor-Strecke
in Reihe mit einer die Stromrichtung bestimmenden Diode 131 zwischen den Strompfadeingang
33 und den Strompfadausgang 34 des Bausteines gelegt ist. Der baustein kann außerdem
einen mit gestrichelten Linien eingezeichneten Verbindungswiderstand 133 zwischen
dem Kollektor des Schalttransistors 130 und der Masseklemme 31 aufweisen, doch ist
dieser Widerstand nicht unbedingt erforderlich.
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Vergleich man die Bausteinschaltung der Fig. 1 mit der Relaisersatzschaltung
nach Fig. 3, so kann die Erregerspule 141 des Relais 140 mit dem Steuertransisitor
120 gleichgesetzt werden, wobei die Anschlußklemme 142 dem Steuereingang 32 des
Bausteines entspricht. Der Arbeitskontakt 143 des Relais entspricht dem ohalttransisstor
130, und die Klemmen 144 und 145 entsprechen
dem Strompfadeingang
33 und dem Strompfadausgang 34 des Bausteines 30.
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Fig. 2 zeigt den Aufbau eines als Ruhenkontakt wirkenden Bausteines
110. Dieser Baustein hat den gleichen Grundaufbau wie der in Fig. 1 dargestellte,
einem Arbeitskontakt entsprechende Baustein 30. Er weist im Unterschied zum Baustein
30 lediglich einen dritten Transistor 150 auf,,der wie der Steuertransistor 120°
als npn-Transistor ausgebildet ist und dessen Kollektor einerseits in üblicher Weise
mit der basis des Steuertransistors 120' und andererseits über einen Widerstand
151 mit dem Emitter des Schalttransistors 130' verbunden ist. Der Steuereingang
des als Ruhenkontakt wirgenden Bausteins 110 mit ist mit der Bezugsziffer 112, die
Masseklemme mit der Bezugsziffer 111, sein Strompfadeingang mit der Nezugsziffer
113 und sein Strompfadausgang mit der Bezugsziffer 114 gekenzeichnet.
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So lange keine Steuerspannung an die Steuereingänge 32-oder 112 der
Baustein 30 und 110 gelegt ist, ist beim Baustein 30 der Schalttransistor 130 hesperrt,
während beim Baustein 110 der Schalttransistor 130' geöffnet ist. Wird eine Steuerspannung
an die Eingänge 32 oder 112 gelegt, wird beim Baustein 30 der Transistor 130 leitend,
während beim Baustein 110 der Schalttransistor 130' gesperrt wird.
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Die elektronischen Bausteine gemäß der Erfindung lassen sich sehr
preiswert hergestellen. Sie könnten auch als
integrierte Schaltung
ausgebildet werden. Durch eine einfache Zusammensetzung solcher Bausteine können
schaltungen, die alle Arten von möglichen logischen Schaltungsbedingungen erfüllen
können, aufgebaut werden, beispielsweise auch Kippstuffen. Die entsprechenden Anschlüsse
der Steuereingänge oder der Strompfadeingänge an die Strompfadausgänge anderer Bausteine
oder an die Ausgänge zusätzlicher Steuerstufen, beispielsweise Zeitstufen, läßt
sich leicht ausführen und leicht verständlich angeben, so daß der Aufbau von Steuerschaltungen
mit Bausteinen gemäß der Erfindung auch von Person vorgenommen werden kann, die
keine Elektronikfalchleute sind.