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Verz ögerungsschal tung Priorität: 9. Oktober 1968 Vereinigte Staaten
von Amerika US Serial Number 766 251 Zusammenfassung: Es wird eine Festkörper-Impuls-Verzögerungsschaltung
beschrieben.
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Ein zu verzögernder Eingangsimpuls wird in einer differenzierenden
Schaltung differenziert und dem Gatter eines gesteuerten Siliziumgleichrichters
zugeführt, so daß dieser Gleichrichter Strom von einer Gleichstromquelle zu einer
damit in Reihe liegenden RC-Schaltung durchlässt. Wenn die Spannung über dem Kondensator
die Zündspannung eines angeschlossenen Unijunktiontransistors erreicht, wird ein
Ausgangsimpuls vom Unijunktiontransistor erzeugt und einem Transistor zugeführt*
so daß dieser im Sättigungsbetrieb arbeitet.
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Am an diesen Transistor angeschlossenen Ausgang wird ein Ausgangsimpuls
erzeugt, der gegen den Eingangsimpuls um etwa (t f RC in (1/1 -#)) verzögert ist,
wobei t die Breite des Eingangsimpulses und # das innere Spannungsverhältnis des
Unijunktiontransistorsist.
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Der Ausgangsimpuls wird auch dem gesteuerten Siliziumgleichrichter
zugeführt, um diesen nicht leitend zu machen.
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Stand der Technik: Die e Erfindung betrifft eine Impulsverzögerungsschaltung
und insbesondere eine Festkörper-Impuls-Verzögerungsschaltung, mit der
Impulsverzörgerungen
in der Grössenordnung von 1 Sekunde oder mehr erreicht werden können.
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Es sind verschiedene Impuls-Verzögerungsschaltung bekannt, mit denen
Impulse für bestimmte Zeitspannen verzögert werden können.
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Solche bekannten Schaltungen sind Verzögerungsleitungen, Magnetkernschaltungen,
Register- und Zähler-Schaltungen, Flip-?lop-Schaltungen und monostabile Multivibratoren.
Von diesen verschiedenen Impuls-Verzögerungsschaltung sind Verzörgerungsleitungsschaltungsen
vielleicht die am einfachsten aufgebauten, und sie arbeiten in ziemlich einfacher
Weise; sie können jedoch nur Yerzögerungen im Breich von Nanosekunden und Mikrosekunden
erreichen und sind deshalb nicht geeignet, um Verzörgerungen von mehreren Sekunden
herbeizuführen.Andere Arten von Impuls-Verzögerungsschaltung sind für eine grosse
Anzahl von verschiedenen Anwendungsfälen sehr zufriedenstellend, diese Verzörgerungsschaltungen
sind jedoch oft ziemlich kompliziert, haben einen hohen Bedarf an Bauelemnten, einen
hohen Stromverbrauch und sind oft teuer und unzuverlässig. In einigen fällen können
auch kleiriste, normale Änderungen der Versorgungsspannung Änderungen in der erzielten
Impulsverzögerung mit sich bringen.
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Zusammenfassung der Erfindung: Erfindungsgemäss wird kurz gesagt
eine Verzörgerungsschaltung verfügbar gemacht, die zuverlässig ist, einen geringen
aufwand an Bauteilen erfordert, wenig Leistung verbraucht, billig ist und durch
die normalen Änderungen der Versorgungsspannung ziemlich unbeeinflussk bleibt.
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z erfindungsgemässe Verzögerungsschaltung besteht aus einem Ladungsspeicher,
der elektrische Ladungen speichern kann, einer an diesen sngeschlssenen Ladeschaltung,
die auf Grund einer vorgegebenen Eingangsbedingung den Ladungespeicher lädt und
#Jirr Unijunctiontransistoreschaltung,
die mit dem Ladungsspeicher
gekoppelt ist und auf einen vorbestimmten Ladungipegel des Ladungospeichere in der
Weise anspricht, daß zinke vorgegebene Zeitspanne nach dem Auftreten des vorgegebenen
Landungspegels im Landungsspeicher ein Signal erzeugt wird. Genauer gesagt, das
von der tJnijunkti ontransistorschaltung erzeugte Signal tritt eine vorgegebene
Zeitspanne nach dz Auftreten der worgegebenen Eingangsbedingung gleich der Zeit
auf, die von der Ladeschaltung dazu benötigt wird, den Ladungsspeicher auf den vorgegebenen
Ladungepogel nach den Auftreten der vorgegebenen Eingangsbedigung zu laden, plus
der Zeit, die die Unijunktiontransistorschaltung benötigt, ui das Signal nach den
Auftreten des vorgegebenen Ladungspegels zu erzeugen.
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ei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich
eine Ausgangsschaltung vorgesehen, die kit der Unijunktiontransistorschaltung, der
Ladeschaltung und einen Ausgangsanschluss verbunden ist. Die Ausgangsschaltung spricht
auf ein Signal von der Unijunktiontransistorschaltung an, und liefert ein Signal
an den Ausgangsanschluss und die Ladeschaltung, das ähnlich gegenüber dem Auftreten
der vorgegebenen Eingangsbedingung am die vorgegebene Zeitspanne versörgert ist.
Das der Ladeschaltung zugeführt Ausgangssignal beendet den Betrieb der Ladeschaltung
zur Vorbereitung auf eine neuen Arbeitsvorgang der Verzögerungsschaltung.
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Die Erfindung soll an flend eines in der Zeichnung dargentellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden, in dar ein Schaltbild einer erfindungsgemässen Impulsverzögerungsschaltung
dargestellt isz.
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Die in der Zeichung dargestellte Impulsverzögerungsschaltung 1 weist
einen Eingangsanschluss 2 auf, der einen Eingangsimpuls aufnehmen kann, der ton
der Impulsverzögerungsschaltung 1 um einen vorgegeben Betrag verzögert wird und
eine Ausgangsanschluss 4 zugeführt wird. Der Eingangsanschluss 2 ist mit einer Gatterelektrode
G eines gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR über einen Kondensator
C1,
und einer Emitterdektrode E eines Unijunktiontransistore UJT über eine Diode D verbunden.
Der Zweck der Diode D wird später in Verbindung mit der Beschreibung des Betriebs
der Impulsverzögerungsschaltung 1 erläutert.
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Die Gatterelektrode G des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR ist
über zwei in Reihe liegende Widerstände R1 und R2 mit Erde rerbunden. Der Widerstand
R1 bildet zusammen mit dem Kondensator C1 eine Differenzierschaltung 3 ( in unterbrochenen
Linien zusammengefasst), mit der das Eingangssignal differenziert wird, ehe es der
Gatterelektrode G des gestreuerten Siliziumgleichrichters SCR zugeführt wird. Der
Widerstand R1 liefert auch einen Entladungsgweg für die Eigenkapazität des gesteuerten
Siliziumgleichrichters SCR.
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Der Zweck des Widerstandes R2 besteht darin, daß ein ausreichender
Haltestrom während der Leitung des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR gewährleistet
wird.
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Der gesteuerte Siliziumgleichrichters SCR ist mit seiner Anode Ä mit
dem positiven Pol-einer Gleichspannungsquelle +V über einen Stroms begrensungssiderstand
R und-ferner itt dem Ausgangsanschluss 4 verbunden. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter
SCE ist mit seiner Kathode C mit einer RC-Reihenschaltung aus linei Widerstand R4
und einem Kondensator C2 verbunden. Der Verbindungspunkt von Widerstand R4 und Kondensator
C2 ist direkt mit der Emitterelektrode E des Unijunktiontransistore UJT verbunden.
Wie noch ersichtlich wird, wird der Kondensator C2 durch den durch den Widerstand
R4 fliessenden Strom geladen und liefert dann eine Zündspannung für den Unijunktiontransistor
UJT. Es wird später noch erläutert, daß die Grösse der von der Verzögerungaschaltung
1 herbeigeführten Verzögerung durch die Werte des Widerstandes R4 w des Kondensators
C2 und des inneren Spannungsverhältnisses4) des Unijunktiontransistors UJT bestimmt
wird.
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Der Verbindungspunkt der Widerstände R1 R2 und R4 ist über einen Widerstand
R5 mit einer ersten Basiselektrode B1 des Unijunktiontransistors UJT verbunden.
Der Widerstand R5 dient dazu, ein Vorspannung
für den Unijunktiontransistor
UJT zu liefern, und ferner dient er zur Temperaturkompensation des Unijunktiontransistors.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite
Basiselektrode B2 des Unijunktiontransistore UJT mit der Basiselektrode eines npn-Ausgangstransistors
QO über einen Widerstand R6 verbunden. Die zweite Basiselektrode B2 ist ferner über
einen Widerstand R7 mit Erde verbunden, dessen Zweck darin besteht, einen Entladungsseg
für den Ausgangstransistor Q0 zu schaffen. Die Emitterelektrode des Ausgangstransistors-
ist direkt geerdet, und die Kollektorelektrode ist direkt mit dem Ausgangsannohluss
4 und ferner der Anode A des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR verbunden.
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Betrieb der ImpulsserzögerunRsschaltungs Im Ruhebetriebszustand der
Impulsverzögerungsschaltung 1 steht am Eingangsanschluss 2 ein positiver Spannungspegel
E. Während dieser Bedingung befindet sich die Gatterelektrode G etwa auf dem gleichen
Potential wie die Kathode C (etwa auf Erdpotential), und die Anodenspannung relativ
zur Kathodenspannung ist kleiner als die "Yorwärtsdurchbruchsspannung", , die dazu
benötigt wird, den gesteuerten Siliziumgleichrichter SCR vom nicht leitenden- Zustand
in den leitenden Zustand umzuschalten. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter SCR
ist also nicht leitend, und es kann kein Strom vom positiven Pol +V zur RC-Schaltung
R4C2 fliessen. Da die Emitterelektrode E des Unijunk tiontransistors UJT etwa auf
Erdpotential liegt, ist der Unijunktiontransistor UJT nicht leitend. Die zweite
Basiselektrode B2 des Unijunktiontransistors UJT und dementsprechend aie Basiselektrode
des Ausgangstransistors QO liegen deshalb auf Erdpotential, so daß der Ausgangstransistor
Q0 in den nicht leitenden Zustand vorgespannt ist.
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Am Ausgangsanschluss 4 steht also ein relativ hoher Spannungspegel.
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Die Arbeitsweise der Impulsverzögerungsschaltung 1 zur Verzögerung
eines Eingangsimpulses, wie er bei P dargestellt ist und der eine Breite t hat,
ist wie folgt. Im Nicht-Ruhebetriebszustand der Impulsverzögerungsschaltung 1 geht
der Bingángsimpuls P ins Negative und hat ein Potential von 0 Volt. Der Eingangsimpuls
P wird an den
Eingangsanchluss 2 gelegt, und damit an die Differenzierschaltung
3 und die Diode D.- Während des Übergangs ins Negative und während des O Volt Teils
des Eingangsimpulses P wird die Diode D vorwärts vorgespannt, und jede.aus einem
vorangegangenen Betriebszyklus der Impulsverzögerungsschaltug 1 auf den Kondensator
C, 2 stehende Ladung wird durch die Diode D zur Erde hin entladen.
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Die Differenzierschaltung 3 liefert auf Grund des Eingangsimpulses
P ein differenziertes Signal, das eine negativ gehende Spitze entsprechend der negativ
gehenden voreilenden Flanke des Eingangsimpulses P enthält und eine positiv gehende
Spitze, die der positiv gehenden nacheilenden Flanke des Eingangsimpulsea P entspricht,
an die Gatterelektrode G des-gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR.
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Die positiv gehende Spitze des differenzierten Signals, die von der
negativ gehenden Spitze um die Breite t des Eingangsimpulses P entfernt ist, sorgt
dafür, daß die Gatterelektrode G des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR positiv
gegen Kathode wird, und die Vorwärtsdurchbruchsspannung"- des gesteuerten Siliziumgleichrichters
SCR überschritten wird. Der gesteuerte Siliziumgleichrichters SCR wird damit "entblockt"
und leitet Strom von dem positiven Pol +V über die Widerstände R3 und R4 zum Kondensator
C2o Wie bereits erwähnt worden ist, wird der Widerstand R2 dazu verwendet, einen
ausreichenden Haltestrom für den gesteuerten Siliziumgleichrichter SCR zu gewährleisten.
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Diese Funktion wird dadurch ausgeführt, daß ein solcher Wert für den
Widerstand R2 gewählt wird, daß der Vorwärtsanodenstrom des gesteuerten Siliziumgleiohrichters
SCR über dem Wert liegt, der dazu benötigt wird, den gesteuerten Siliziumgleicbrichter
im leitenden Zustand zu halten.
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Der Kondensator C2 wird durch den durch den gesteuerten Siliziumgleichrichter
9CR und den Widerstand R4 fliessenden Strom geladen, bis die Zündspannung des Unijunktiontransistors
UJT erreicht ist.
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Die ungefähre Zündspannung Vf des Unijunktiontransistors UJT kann
angeschrieben werden zu Vf # #(V - VR3 - VSCR) (1) 009824/1746
wobei
# das innere Spannungsverhältnis des Unijunktiontransistors UJT ist, VR3 der Spannungsabfall
über den Strombegrenzungswiderstand R3 duroh den Stromfluss, und VSCR der Spannungsabfall
über dem gegesteuerten Siliziumgleichrichter SCR. Ein typischer Wert von # für handelsübliche
Unijunktiontransistoren liegt bei 0,5 - 0,8. Ein typischer Wert für VSCR für handelsübliche
gesteuerte Siliziumgleichrichter beträgt 0,8 Volt.
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Wenn die Zündepannung Vf des Unijunktiontransistors UJT erreicht ist,
entlädt sich der Kondensator C2 in den Emitter E des Unijunktiontransistors UJT.
Demzufolge wird an der zweiten Basiselektrode B2 dee Unijunktiontransistors UJT
ein positiv gehender Impuls mit renativ kurzer Anstiegzeit und langer Abfallzeit
erzeugt, der gegen die nacheilende Flanke des Eingangsimpulses P um einen Betrag
t (oder gegen die voreilende Kante des Eingangsimpulses P um t + t') verzögert ist.
Die Verzögerung t' wird zwischen der Zeit herbeigeführt, in der der gesteuerte Siliziumgleichrichter
SCR zum Leiten veranlasst ist (beim positiv gehenden Übergang des Eingangsimpulses
P) und der Zeit, in der der Unijunktiontransistor UJT zum Zünden veranlasst wird.
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Da der Spannungsaufbau V(t) über dei Kondensator C2 zu der Zeit, in
der der Unijunktiontransistor UJT zündet, angeschrieben werden kann als V(t) = (V
- VR3 - VSCR) (1 #-t'/R4C2) (2) und da zum Zündzeitpunkt das innere Spannungsverhältnis
angeschrieben werden kann als (1 -#-t'/R4C2) (3) kann au. Gleichung (3) gezeigt
werden, daß die Verzögerung t' sich ergibt aus t' = R4C21n ### (4) Wie sich also
aus Gleichung (4) ergibt, tragen sowohl die RC-Schaltung R4C2 als auch der Unijunktiontransistor
UJT zur Gesantverzögerungszeit t' bei. Es ist zu erwähnen, daß die Zeitverzögerung
t' in Gleichung (4) unabhängig von der Spannungsquelle +V ist und damit
von
Veränderungen der Spannung von der-Quelle +V nicht beeinflusst wird.
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Der an der zweiten Basis B2 des Unijunktiontransistors UJT erzeugte
verzögerte Impule wird der Basiselektrode des npn-Ausgangstransistors Q0 zugeführt.
der Ausgangstransistor Q0 leitet und geht in Sättgung, so daß ein gut definierter
negativ gehender Impuls P' von praktisch der gleichen Form wie der Eingangsimpuls
P erzeugt wird, der in ähnlicher Weise gegen die nacheilende Kante des Eingangsimpulses
P um den Betrag t' (oder t + t' gegenüber der voreilenden Kante) an der Kollektorelektrode
verzögert wird. Dieser negativ gehende Impuls P' wird dem Ausgangsanschluss 4 zugeführt
und ferner der Anode A des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR. Dadurch, daß
der Ausgangsimpuls P' an der Anode A des gesteuerten Siliziumgleichrichters SCR
auftritt, nähert sich die Anode A dem Erdpotential und sorgt damit dafür, daß der
gesteuerte Siliziumgleichrichter SCR nicht leitend wird, so daß der nächste Betriebszyklus
der Impulsverzögerungsschaltung 1 vorbereitet wird.
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Einige typische Werte für die Parameter von Bauteilen, die in einer
Impulsverzögerungsschaltung 1 benutzt wurden, die dazu verwendet wurde, einen Eingangsimpuls
von 5 Volt Amplitude und einigen Kikrosekunden Dauer um t' s 1,5 Sekunden zu verzögern
sind im folgenden zusammengestellt. Es ist jedoch zu beachten, daß durch zweckentsprechende
Wahl der Werte für den Widerstand R4 und den Kondeneator C2 die Impulsverzögerungsschaltung
1 Verzögerungswerte t' von bis zu 50 Sekunden herbeiführen kann.
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R1 -- 1 Kiloohm R2 -- 270 Ohm R3 -- 100 Ohm R4 -- 100 Kiloohm-R5
- - 270 Ohm R6 -- 10 Ohm R7 -- 47 Ohm C1 -- 680 Pikofarad
C2 --
10 Mikrofarad D -- 1N4148 SCR -- 2N5060 UJT -- T1S43 Q0 -- 2N3565 # -- #0,7 E --
5 Volt +V -- 5 Volt - Patentansprüche -