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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung binärer
Dauersignale, bei der der eine Signalzustand bei einen vorgegebenen Schwellwert
übersteigenden Amplituden einer Wechselspannung und der andere Signalzustand bei
Amplituden unterhalb des Schwellwertes abgegeben wird.
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In Geräten der Nachrichtentechnik wird häufig die Amplitude einer
Wechselspannung ausgewertet und ein Signal gegeben, wenn die Amplitude einen vorgegebenen
Schwellwert unter- oder überschreitet. Zu diesem Zweck richtet man die Wechselspannung
durch Spitzengleichrichtung gleich und wertet die so erhaltene Gleichspannung aus.
Da diese Spannung im allgemeinen gut gesiebt sein muß, geschieht die Auswertung
relativ langsam gegenüber der änderung der Wechselspannung. Die Anordnung versagt
deshalb überall da, wo man darauf angewiesen ist, eine Schwellwertüberschreitung
der Wechselspannung möglichst ohne Zeitverlust zu bemerken.
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Es ist bereits ein Spannungsdiskriminator zur Erzeugung von langen
Ausgabeimpulsen bei kurzen Eingabeimpulsen bekannt, der anspricht, sobald die Amplitude
eines Eingabeimpulses einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dieser Spannungsdiskriminator
wird über eine Und-Schaltung angesteuert, der außer dem Ausgangssignal des Spannungsdiskriminators
Steuerimpulse eines Steuerimpulsgebers zugeführt werden, die gegenüber dem Eingangsimpuis
eine große zeitliche Länge aufweisen, so daß die zeitliche Dauer des Ausgabeimpulses
von der Länge des Eingabeimpulses unabhängig ist.
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Bei diesem Spannungsdiskriminator ist ein zusätzlicher Steuerimpulsgeber
erforderlich, der jeweils einen Steuerimpuls abgibt, der gleichzeitig und gleichphasig
mit dem Eingabeimpuls einsetzt. Die Länge des Ausgabeimpulses ist dabei allein durch
die Dauer des Steuerimpulses bestimmt, so daß die Bildung binärer Dauersignale in
Abhängigkeit von der Amplitude einer zu überwachenden Wechselspannung nicht ohne
weiteres möglich ist.
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Eine andere vorbekannte pegelempfindliche Schaltung, bei der ein
Schaltelement nur dann auf eine an gelegte Steuerwechselspannung anspricht, wenn
diese einen vorbestimmten Pegelwert überschreitet, ist ein dem Schaltelement nachgeschalteter
Speicher, der eine gegenüber der Aufladezeit konstante große Entladezeitkonstante
aufweist, so daß sich ein Ausgangssignal erzeugen läßt, dessen Dauer größer ist
als die Dauer der ursprünglich anliegenden Steuerspannungsspitzen. Hierzu ist jedoch
z. B. ein Relais mit relativ großer Induktivität oder ein RC-Glied mit einem zusätzlichen
Spannungsdiskriminator erforderlich. Zudem spricht die Schaltung erst auf eine Folge
von Impulsen an, !d. h., eine unverzögerte Feststellung von Abweichungen der Richtung
einer Wechselspannungsamplitude von einem Schwellwert ist dabei nicht möglich.
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Es ist ferner bereits eine elektrische Signalpegel-Detektorschaltung
zur Überwachung des Betrages eines Eingangswechsalstromsignals bekannt (val.
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deutsche Auslegeschrift 1 268 668), mit deren Hilfe angezeigt werden
kann, daß dieser Betrag einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Bei dieser Schaltung
ist eine asymmetrische bistabile Schmitt-Triggerschaltung verwendet, welche ihren
einen stabilen Zustand einnimmt, wenn das an ihr anliegende Steuersignal einen ersten
Schwellwert erreicht oder übersteigt, und welche in ihren anderen stabilen Zustand
übergeht,
sobald das angelegte Steuersignal einen unterhalb des ersten Schwellwertes liegenden
zweiten Schwellwert unterschreitet. Dabei wird das zu überwachende Eingangswéchselstromsignal
einer Eingangsschaltuug zugeführt, welche aus dem Eingang wechseistromsignal ein
zyklisch verändefliches Gleichrichtersignal erzeugt, welches emen vom jeweiligen
Betrag bzw. Scheitelwert Ider Eingangswechselspannung abhängigen Maximalwert und
einen diesem Maximalwert proportionalen von Null verschiedenen Mtinimalwert ibesitzt.
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Bei einer deraitigen Überwachungsschaltung sind zusätzlich zu einer
Mehrphasen-Gleichrichterschaltung Mittel zur Phasenverschiebung des Eingangswechselstromsignals
erforderlich. Außerdem müssen bei dem verwendeten Schmitt-Trigger zwei verschiedene
Schwellwerte eingehalten werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur
Bildung binärer Dauersignale zu schaffen, mit deren Hilfe die Richtung der Abweichung
einer Wechselspannungsamplitude von einem Schwellwert in einer gegenüber vergleichbaren
bekannten Schaltungen einfacheren Weise möglichst unverzögert festgestellt werden
kann.
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Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Bildung binärer
Dauersignale zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß eine mittels Steuerimpulsen
in den quasistabilen Zustand überführbare erste monostabile Kippstufe durch die
Wechselspannung über eine bei Spannungswerten unterhalb des Schwellwertes gesperrte
Eingangsschaltung während der--Zeitabschnitte, in denen die Wechselspannung den
Schwellwert übersteigt, ansteuerbar ist und daß ein Ausgang der ersten monostabilen
Kippstufe an einen Eingang einer beim Rückschalten der ersten Kippstufe in die stabile
Lage in den quasistabilen Zustand überführbaren zweiten monostabilen Kippstufe gelegt
ist und daß gleichartige Ausgänge beider Kippstufen über ein ODER-Gatter an den
Ausgang der Schaltungsanordnung geführt sind. Im Grenzfall kann der Schwellwert
dabei den Wert Null annehmen. Dabei lassen sich in vorteilhafter Weise mit Hilfe
besonders einfach realisierbarer Maßnahmen binäre Dauersignale bilden, die Richtungsänderungen
der Abweichung einer Wechselspannungsamplitude von einem Schwellwert mit der gewünschten
Schnelligkeit zu folgen vermögen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung
derart ausgebildet, daß die Eingangsschaltung durch eine mittels eines Spannungsteilers,
dessen Abgriff unmittelbar am Eingang der ersten Kippstufe und dessen äußere Anschlüsse
an Versorgungsspannung liegen, vorgepannte Diode gebildet ist. Ferner wird das ODER-Gatter
zweckm'äßigerweise durch zwei mit gleichartigen Anschlüssen am Ausgang der Schaltungsanordnung
zusammengeführte Dioden gebildet.
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Ferner lassen sich kurzzeitige Störungen dadurch auf besonders einfache
Weise ausblenden, daß die Zeiten, während derer sich die Kippstufen jeweils in der
quasistabilen Lage befinden, größer als die Periodendauer der Wechselspannung, insbesondere
etwas größer als ein Vielfaches der Periodendauer sind.
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Die Erfindung wird an Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles
sowie an Hand des in Fig.2 gezeigten Impulsdiagramms näher erläutert. Es zeigt
F
i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Bildung binärer Dauersignale und Fig.2 ein-Impulsdiagramm
für mehrere in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretende Spannungen.
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Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltungsanordnung führt eine Eingangsklemme
eine Wechselspannung Ut gegen Masse. Die Eingangsklemme ist über die in Durchlaßrichtung
gepolte Diode 21 an den Abgriff eines Spannungsteilers geführt, der durch eine Serienschaltung
der Widerstände 11 und 12 gebildet ist und zwischen der Versorgungsspannung + und
Masse liegt. Der Abgriff des Spannungsteilers ist ferner an einen differenzierenden
Eingang der monostabilen Kippstufe 1 geführt, wobei positive Impulsflanken die monostabile
Kippstufe 1 in den quasistabilen Zustand überführen. Der Ausgang der Kippstufe 1
ist an einen differenzierenden Eingang der Kippstufe 2 geführt, wobei der Ausgang
eine logische »1« abgibt, soLan,Fe sich die Kippstufe 1 in der quasistabilen Lage
befindet.
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Der Ausgang Q1 der Kippstufe 1 und der Ausgang Q der Kippstufe 2
sind jeweils über eine Diode 22 bzw. 23 an den AusgangA der Schaltungsanordnung,
geführt, an den die Signalisierungseinrichtung 3 angeschlossen ist.
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Die zu überwachende Wechselspannung Ut gelangt über eine Diode 21
an einen Spannungsteiler, der die Schwellenspannung Us herstellt. Jedesmal, wenn
der Spitzenwert U1 die Spannung U5 + UD (UD = Diodenschwellspannung) übersteigt,
wird die monostabile Kippstufe 1 angestoßen. Noch bevor die nächste positive Halbwelle
der Wechselspannung U am Eingang der Kippstufe 1 erscheint, kippt diese in ihren
Ruhezustand zurück und reizt dabei die zweite monostabile Kippstufe 2 an. Diese
verharrt so lange in ihrem instabilen Zustand, bis die Kippstufe 1 sich, angestoßen
durch die nächste Halbwelle der Wechselspannung U1, mit Sicherheit wieder im instabilen
Zustand befindet.
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Die Ausgänge Ql und QO der Kippstufen 1 und 2 sind über die beiden
Dioden 22 und 23 zusammengeführt. An dem gemeinsamen Ausgang A erhält man somit
ein Dauersignal, z. B. die logische »1«, solange die Amplitude der Wechselspannung
Um größer als die Summe der Spannungen UD und Us ist.
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Sobald nun die Wechselspannung U, kleiner als die Summe aus den Spannungen
Us und UD ist, wird die Kippstufe 1 nicht mehr umgeworfen, so daß auch die Kippstufe
2 nach dem Zurückkippen in dem stabilen Zustand verbleibt. Damit ändert sich die
Ausgangsspannung am Ausgang A der Schaltungsanordnung z. B. von »1« auf »0«, wodurch
die Signalisierungseinrichtung 3 ausgelöst werden kann. Es ist dabei möglich, nach
etwa einer Periodendauer der Wechselspannung U, festzustellen, ob deren Amplitude
noch die vorgegebene Höhe hat. Das Impulsdiagramm in Fig. 2 soll dieses noch verdeutlichen.
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Soll die Schaltungsanordnung dazu verwendet werden, um festzustellen,
ob die Wechselspannung U eine bestimmte Höhe überschritten hat, so braucht lediglich
die Signalisierung umgekehrt zu werden.
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Bei dem in F i g. 2 gezeigten Impulsdiagramm liegt die Amplitude
der Wechselspannung U, zunächst unter dem aus der Summenspannung UD + Us gebildeten
Schwellwert. Sobald die Wechselspannung U, Schwellwert erreicht. spielen sich die
bereits an Hand der F i g. 1 näher erläuterten Vorgänge ab.
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Die Summe der Zeiten, während der sich einerseits die erste und andererseits
die zweite Kippstufe in der quasistabilen Lage befindet, ist zweckmäßigerweise mindestens
so groß wie die Periodendauer der Wechselspannung. Zweckmäßigerweise wird dabei
ein Impuls-Pausen-Verhältnis von etwa 5:1 bis 7:1 nicht überschritten. Ferner hat
es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Zeit, während der die monostabilen
Kippstufen 1 und 2 jeweils in ihrer quasistabilen Lage verharren, für beide Kippstufen
etwa gleich groß zu machen und länger als die halbe Periodendauer der Wechselspannung
zu wählen.
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Macht man die Zeit, während der sich die Kippstufen jeweils in der
quasistabilen Lage befiiiden, jeweils größer als ein ganzzahliges Vielfaches einer
Periodendauer, so kann man kurzzeitige Störungen der Wechselspannung ausblenden.
Auch in diesem Fall sollte ein Impulspausenverhältnis von etwa 5:1 bis 7: 1 nicht
überschritten werden.
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Das am AusgangA liegende Dauersignal hält so lange an, wie einer
der-beiden Ausgänge Qt und Q2 eine logische »1« führt.
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Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Bildung binärer Dauersignale,
bei der der eine Signalzustand bei einen vorgegebenen Schwellwert übersteiLgenden
Amplituden einer Wechselspannung und der andere Signalzustand bei Amplituden unterhalb
des Schwellwertes abgegeben wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß eine mittels
Steuerimpulsen in den quasistabilen Zustand überführbare erste monostabile Kippstufe
(1) durch die Wechselspannung (U1) über eine bei Spannungswerten unterhalb des Schwellwertes
(Us + UD) gesperrte Eingangsschaltung (4) während der Zeitabschnitte, in denen die
Wechselspannung (U1) den Schwellwert (Us + UD) übersteigt, ansteuerbar ist und daß
ein Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe (1) an einen Eingang einer beim Rückschalten
der ersten Kippstufe (1) in die stabile Lage in den quasistabilen Zustand überführbaren
zweiten monostabilen Kippstufe (2) gelegt ist und daß gleichartige Ausgänge beider
Kippstufen (1, 2) über ein ODER-Gatter (5) an den Ausgang der Schaltungsanordnung
geführt sind.
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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Eingangsschaltung (4) durch eine mittels eines Spannungsteilers, dessen Abgriff
unmittelbar am Eingang der ersten Kippstufe(1) und dessen äußere Anschlüsse an Versorgungsspannung
(1) liegen, vorgespannte Diode (2) gebildet ist.
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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder-2, dadurch gekennzeichnet,
daß das ODER-Gatter (5) durch zwei mit gleichartigen Anschlüssen am Ausgang (A)
der Schaltungsanordnung zusammengeführte Dioden (22, 23) gebildet ist.