DE1949352C - Schaltungsanordnung zur Bildung binärer Dauersignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung binärer Dauersignale, bei der der eine Sianalzuftand bsi einen vorgegebenen Schwellwert übersteigenden Amplituden einer Wechselspannung und der andere Signalzustand bei Amplituden unterhalb des Schwellwertes abgegeben wird.

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.

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 Eingangsimpuls eine große zeitliche Länge aufweisen so daß die zeitliche Dauer des Ausgabeimpulsjjs von der Länge des Eingabeimpulses unabhängig ist.

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.

Eine andere vorbekannte pegelempfindliche Schaltung, bei der ein Schaltelement nur dann auf eine angelegte Steuenvechselspannung anspricht, wenn diese einen vorbestimmten Pegelwert überschreitet, ist ein dem Schaltelement nachgesch al teter Speicher, der eins 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 ÄC-Glied mit einem zusätzlichen Spannungsdiskriminator erforderlich. Zudem spricht dis Schaltung erst auf eine Folge von Impulsen an, d.h., eins unverzö'gert; Feststellung von Abweichungen der Richtung einer Wechselspannungsamplitude von einem Schwellwert ist dabei nicht möglich.

Es ist ferner bereits eine elektrische Signalpegel-Detektorschaltung zur überwachung des Betrages eines Eingangswechselstromsignals bekannt (vgl. 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 Zu- stand 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 Eingangswechselstromsignal einer Eingangsschaltung zugeführt, welche aus dem Eingan^:.-wechselstromsignal ein zyklisch veränderliches Pileichrichtersignal erzeugt, welches einen vom jeweiligen Betrag bzw. Scheitelwert 'der Eingangswechselspannuirg abhängigen Maximalwert und einen diesem Maximalwert" proportionalen von Null verschiedenen Minimalwert besitzt.

Esi einer derartigen 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.

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.

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 bc^;in 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.

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 zweckmäßigerweise durch zwei mit gleichartigen Anschlüssen am Ausgang der Schaltungsanordnung zusammengeführte Dioden gebildet,

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.

Die Erfindung wird an Hand des in F i g. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispieles sowie an Hand des in F i g. 2 gezeigten lmpulsdiagramms naher erläutert. Es zeigt

F i g, l eine Schaltungsanordnung zur Bildung binärer Dauersigriale und

F i g. 2 ein Impulsdiagramm für mehrere in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 auftretende Spannungen.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltungsanordnung führt eine Eingangsklemme eine Wechselspannung U_x 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 Q₁ der Kippstufe 1 ist an einen differenzierenden Eingang der K^:ppstuii 2 geführt, wobei der Ausgang Q₁ eine logische »1« abgibt, solange sich die Kippstufe 1 in der quasistabilen Läse befindet.

Der Ausgang Q₁ der Kippstufe 1 und der Ausgang Q₁ der Kippstufe 2 sind jeweils über eine Diode 22 bzw. 23 an den Ausgang A der Schaltungsanordnung geführt, an den die Signalisierungscinrichtung 3 angeschlossen ist.

Die zu überwachende Wechselspannung U_x gelangt über eine Diode 21 an einen Spannungsteiler, der die Schwellenspannung U_s herstellt. Jedesmal, wenn der Spitzenwert U_x die Spannung U_s + U_D (U₀ = 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 Ru'.iezustand 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.

Die Ausgänge Q₁ und Q₂ 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 C/, größer als die Summe der Spannungen U₀ und U_s ist.

Sobald nun die Wechselspannung U₁ kleiner als die Summe aus den Spannungen L'_s und U₀ 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 ss Wechselspannung V₁ festzustellen, ob deren Amplitude noch die vorgegebene Höhe hat. Das Impulsdiagramm in F i g. 2 soll dieses noch verdeutlichen. Soll die Schaltungsanordnung dazu verwendet wer* den, um festzustellen, ob die Wechselspannung U eine bestimmte Ho'.ie überschritten hat, so braucht lediglich die Signalisierung umgekehrt zu werden.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Impulsdiagramm liegt die Amplitude der Wechselspannung U_x zunächst unter dem aus der Summenspannung U₁, -I- U_s gebil- 6« deten Schwellwert. Sobald die Wechselspannung U. Schwellwert erreicht, spielen sich die bereits an Hand der F i g. 1 näher erläuterten Vorgänge ab.

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 ihrcquasistabilen Lage verharren, für beide Kippstufen etwa gleich groß zu machen und länger als die halbe Periodendauer der Wechselspannung zu wählen.

Macht man die Zeit, während der sich die Kippstufen jeweils in der quasistabüen Lage befinden, jeweils größer als ein ganzzahliges Vielfaches einer Periodendauer, so kann man kurzzeitige Störungen der Wechselspannung ausbilden. Auch in diesem Fall sollte ein Impulspausenverhiltnis von etwa 5 : 1 bis 7: 1 nicht überschritten werden.

Das am Ausgang A liegende Dauersignal hält so lange an, wie einer der beiden Ausgänge Q₁ und Q., eine logische »1« führt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittels Steuerimpulsen in den quasistabüen Zustand überführbare erste monostabile Kippstufe (1) durch die Wechselspannung (U₁) über eine be^; Spannungswerten unterhalb des Schwellwertes (U_s + U₀) gesperrte Eingangsschaltung (4) während der Zeitabschnitte, in denen die Wechselspannung (U_x) den Schwellwert (U_s + U_u) 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 quasistabüen 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.

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 Versorgongsspannung ( + ) liegen, vorgespannte Diode (2) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ODER-Gatter (5) durch zwei mit gleichartigen Anschlüsscn am Ausgang (/1) der Schaltungsanordnung zusammengeführte Dioden (22, 23) gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung, daß die Zeiten, während derer sich die Kippstufen (1, 2) jeweils in der quasistabüen Lage befinden, größer als die Periodendauer der Wechselspannung (U_x), insbesondere etwas größer als ein Vielfaches der Periodendauer sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen