DE2000883B2

DE2000883B2 - Bistabile flip flop schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2000883B2
Application number: DE19702000883
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl Elektro Ing Dr Bassersdorf Stutz (Schweiz)
Original assignee: Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1969-01-21
Filing date: 1970-01-09
Publication date: 1972-03-30
Also published as: US3763384A; SE360528B; CH509014A; NL6918496A; GB1271876A; DE2000883A1; JPS4826964B1; FR2028821A1; NL145113B

Description

Die Frfindung bezieht sich auf eine bistabile Flip-Flop-Schdltungsanordnung mit zwei kreuzweise gleichstroiiimäbig gekoppelten Verstärkerelemenlen. vorzugsweise Transistorstufen, von denen in iedem der beiden stabilen Betriebszustände das eine in einem aktiven, differentn-M verstärkenden Arbeitsbereich leitcti'l und das and j in einem inaktiven nicht verstärkenden Bercirh betrieben wird. Zur Ansteuerung eines vorbestimmten Betricbszustandes von solchen Flip-Flop-Schaliungsanordriungen werden ihnen bisher von .iiißen elektrische Schaltsignale zugeführt

Vielfach soll fur die Beeinflussung eines Stromkreises in .Abhängigkeit von ener mechanischen Bewegung cm zweiwertiges Ausgangssignal erze ί wetden. Beim kontinuierlichen Bewegen eines S .rkör-

<*> pers über einen Grenzbereich, in welchem an si 1 beide Wertzustände des Aiisgangssigrials möglich sind, soll dabei nach Durchlaufen diese» Grenzbereiches mit Sicherheit eine sprunghafte Änderung des Ausgangssignalwcrtes aus dem vorherigen ersten Wert in den

C'5 anderen möglichen zweiten Wert erzwungen werden. Beim späteren Bewegen des betreffenden Körpers in der Gegenrichtung soll der zweite Wert des Ausgangssignals erhalten bleiben, bis der Steuerkörper den ge-

uiunien Grenzherejch wieder durchlaufen hut. Am meieren Finde des Gren/bereiches soll der Körper wieder eine sprunghafte Veränderung des Ausgangs-.ignals vom zweiten Wert in den ersten Wert erzwingen. Diese llysleresis-Eigenschufl der Betiitigungsfunktion ist für die Zuverlässigkeit solcher mechanisch betätigter Geher von zweiwertigen Aiisgangssignalen von wesentlicher Bedeutung.

Die einfuchste bekannte Vorrichtung, welche dieser Funktionsbedingung genügt, ist immer noch ein mechanisch betätigter, unter Wirkung von Federkräften beim Umschalten springender Schalter in einem Stromk;eis. Die Kontaktstellen von mechanisch betätigten Konlaktschaltern sind aber grundsätzlich immer der Verschmutzung und der Korrosion ausgesetzt, und mancherlei AusführungsforiTien, z. B. RelaiskoniLikte, neigen zum Prellen beim sprungweisen tiberschalten in die neue stabile Lage, wodurch ebentalls Funktionsstörungen bewirkt werden.

Es sind schon Vorrichtungen zur Erzeugung von zweiwctigen je am Ende eines Grenzbereiches sprunghaft vom vorherigen einen Wert in den mögliciien anderen Wert wechselnden Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der mechanischen Bewegung eines Steuerkörpers ohne Verwendung von mechanisch betätigten Kontakten bekanntgeworden. So wurde schon einer umsteuerbaren bistabilen Flip-Flop-Schaltung der eingangs genannten Art irgendeine vorgeschaltete Gebervorrichtung für ein Gieichstromsteuersignal zugeordnet, die ein Gleichstromsteuersignal zur Umsteuerung der Flip-Flop-Anordnung ohne Verwendung von beweglichen Schaltkontakten in Abhängigkeit von der momentanen Lage eines beweglichen Steuerkörpers erzeugt. Solche Gebervorrichtungen können z. B. Fotozellen im Zusammenwirken mit einer mechanisch bewegbaren Lichtblende, magnetfeldabhängige Leiter im Zusammenwirken mit bewegbaren Dauermagneten und mechar sch veränderbare Impedanzen, z. B. Kapazitäten oder Induktivitäten, in einem fremden Wechselstromkreis, meist zusammen mit Gleichrichtern und oder Signalverstärkern. sein. Der Ersatz der mechanisch betätigten, springenden Schalter durch eine Flip-Flop-Schaltung mit vorgeschalteter Stcuersignal-Gehervomchtung bedingt t.ber einen bedeutenden technischen Mehraufwand, ohne die erforderliche Zuverlässigkeit auf lange Lebensdauer zu sichern, und befriedigt deshalb nicht.

Fs ist auch schon bekannt, bei einem lichtgesteuerten bistabilen Multivibrator zwei nebeneinander angeordneten, als lichtelektrische Schaltelemente wirkenden und deshalb nicht mit Sehutzhauben oder Sehutzlackanstrichcn versehenen Transistoren eine Lichtquelle zuzuordnen, welche beide Transistoren zu beleuchten fähig ist. und zwischen dieser l.ichthaube und den beiden Transistoren eine bewegliche Fahne bzw eine Lichtblende vorzu eben Is kann damit bewirkt werden. daß bei der Dun liftihrung der Blende von einer unwirksamen AulJcnstcllung auf einer Seite der Transistoren auf die andere Seite in eine ebenfalls un wirksame AußcnstcHiing der eine und bei der Gegenbewegung der andere Betriebszustand ausgelöst wird.

Eine solche Einrichtung vermag zwar in Abhängigkeit von der Ausgangsstellung der Blende bzw. von deren Bewegungsrichtung durch lichtelektrische Beeinflussung der beiden Transistoren in der einen oder anderen Bewegungsrichtung den einen oder anderen Betriebszustand des bistabilen Multivibrators herbeizuführen, ohne daß über galvanische Schalterkonlaktc elektrischer Strom, sondern nur Licht auf die Transistoren eingespeist wird. In vielen Fällen ist aber die Verwendung einer Lichtquelle unerwünscht; außerdem sind Transistoren ohne Schutzanstrich bzw. Schutzhaube der »Vergiftung« der Beschädigung ausgesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu ermöglichen, aus einer stetigen mechanischen Versiellhr:- wegung eines Sleuerkörpers mit Hilfe einer entspre-

chend ausgebildeten Flip-Flop-Schaltungsanordnung, aber ohne lichtelektrische Beeinflussung derselhen. ein binäres, elektrisches Ausgangssignal abzuleiten, das in einem Stellungsbereich des Steuerkörpers mit Sicherheit den einen von zwei möglichen Weiten (Ja oder Nein) und in einem anderen Stellungsbereich des Steuerkörpers mit Sicherheit den anderen Wert (Nein oder Ja) hat. Es soll also eine zuverlässige mechanische Ansteuerung eines vorbestimmten Betriebszustandes einer solchen Flip-Flop-Schaltungsanordnung bzw.

ίο eine Umsteuerung derselben von einem bisherigen Betriebszustand auf den anderer, -,«etriebszustand. vorzugsweise lediglich durch berührungslose Annäherung oder Entfernung eines beweglichen Steuerkörpers, erfolgen können. Dabei soll vor allem auch die wirtschädliche Massenfertigung derartiger Flip-Flop-Schaltungsanordnungen in integrierter Bauweise und deren Betriebssicherheit durch solche Änderungen nicht behindert werden.

Die Voraussetzungen zur Verwirklichung dieser Erfindungsziele werden gemäß der Erfindung bei einer bistabilen Flip-Flop-Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch geschaffen, daß jedem der beiden Verstärkerelemente eine Wechselstromkopplungsschleife mit mindestens einer veränderbaren phasendrehenden Impedanz zwischen seinem Ausgang und seinem Eingang zugeordnet ist und daß Kopplungskomponenten zusammen mit jenem der beiden Verstärkcrelcmer.te. welches im akliven, verstärkenden Bereich leitend ist. einen Schwingkreis bilden, dessen Schwingung einsetzt, sobald eine vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen ei reicht wird, und daß beim Einsetzen der Schwingung das jeweils vorher im aktiven, verstärkenden Bereich leitende Verstärkerei.-ment zwangläufig aus diesem Bereich gebracht und dafür das andere Verstärkerelemcnt im verstärkenden Bereich leitend wird und die Flip-Flnp-Schaltungsanordnung im neu erreichten Bctuebszustand verharrt, bis eine andere vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen erreicht wird, welche die Rückschaltung in den ersten Betriebszustand auslost

F.·. wird also bei einer Flip-Flop-Anordnung gemäß der Erfindung lediglich durch entsprechende mechanische Beeinflussung mindestens eine-: phasendrehenden Impedanz in mindestens ein«.r dor beiden ie einem \ erstarken.kmcnt zugeordneten Wechselst romkoppliinpsschleifct. der Betriebszustand, in welchem das bc-UedeiK'.c erste VcM.irkerelemen! .ikii\. d h diflerentiell verstärkend wirkt, durch Erfül'ung der Selbst-

fio schwingbedingung instabil gemacht. Unter Wirkung der in diesem Fall sofort einsetzenden Oszillation in der betreffenden Wechsclstromkopplungsschlcifc wird unter Wirkung der den beiden Vcrstärkcrclemcnten gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleife das an-

fis dcrc. zweite Vcrslärkerelemcnt in seinen aktiven, diffcrcnlicll verstärkenden Betriebszustand umgesteuert. Damit wird über dieselbe Glcichslromkopplunusschlcife das vorher schwingende erste Verstärkerelc-

ment im inaktiven Betriebszustand elektrisch verriegelt, so lange, bis, beispielsweise durch Erfüllung der Schwingbedingung für das zweite Verstärkerelement und Nichtmehrerfüllung dieser Schwingbedingung Tür das erste Verstärkerelement, die Rücksteuerung in den ersten Betriebszustand erzwungen wird. Die vorher in der Wechselstromkopplungsschleife des ersten Verstärkerelementes ausgelöste Schwingung wird, durch die Rücksteucrung des betreffenden Verstärkerelementes in den inaktiven Betriebszusland vom zweiten Verstärkerelement her. sofort wieder gelöscht, meistens schon nach der ersten Halbwelle der einzusetzenden Schwingung.

Die berührungslose Veränderung einer phasendrehenden Impedanz von außen durch eine mechanische Bewegung stellt kein Problem dar. Es ist bekannt, daß z. B. die Kapazität zwischen zwei Kondensatorplatten durch Annäherung bzw. Entfernung einer kapazitiv überbrückend wirkenden Platte aus Leitermaterial oder auch die Induktivität einer Spule bzw die Gegeninduktivitiit zweier Spulen ebenfalls durch Annäherung bzw. Entfernung eines geeigneten Körpers, z. B. eines ferromagnetischen Körpers oder eines Körpers aus Leitermaterial, leicht veränderbar ist.

Es können zur Verminderung des Aufwandes Tür die Reaiisier-ing des Erfindungsprinzips Teile der beiden Wechselstromkopplungsschleifen gleichzeitig auch Teile der beiden Verstärkcrelementen gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleifen sein. Außerdem können auch phasendrehende Impedanzen, die den beiden Verstärkerclementen inhärent sind, λ B. die in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand stark veränderliche Basis-KolleKtor-Kapazität eines Transistors, wirksame Impedanzen der betreffenden Wechselstromkopplungsschleifen bilden

Hineerfindungsgemäßausgebildete Flip-Flop- Schaltungsanordnung kann eine mechanisch steuerbare, mit mindestens einem beweglichen Steuerkörper versehene Schaltungsanordnung bilden, worin der mechanisch bewegliche Steuerkörper in einer seiner Lagen durch berührungslose Einwirkung auf eine der phasendrehenden Impedanzen einer der Wechselstromkopplungsschleifen in dieser die Selbstschvangbedingung erfüllt und in anderen Lagen nicht erfüllt. Oder der bewegliche Steuerkörper erfüllt in seiner einen Lage die Sclbstschwingbedingung in der einen und in einer anderen Lage die Selbstschwingbedingung in der anderen Wechselstromkopplungsschleife.

Es können auch mehrere Steuerkörper bei der Bewegung eines gemeinsamen Trägers in vorbestimmter Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Trägers auf mehrere gleichartige Flip-Flop-Schaltungsanordnungen einwirken, wie das bei bekannten Codier-Schaltern der Fall ist.

Ausführungsbcispiele erfindungsgemiißer Flip-Flop-Schaltungsanordnungen und von mechanisch veränderbaren phasendrehenden Impedanzen sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

F i g. 1 ein Schema einer umsteuerbaren, bistabilen Flip-FIop-SchaltungsanordnungmitzwiiTransistoren als Verstärkerelementen, denen außer einer gemeinsamen Gleichstromkoppelungsschlcife je noch eine besondere Wechselstromkopplungsschkife mit je einer von außen veränderlichen Kapazität zugeordnet ist.

F i 2. 2 ein Beispiel einer veränderlichen Kapazität, die durch Annäherung bzw. Entfernung einer beweglichen Leiterplatte veränderbar ist. zur Realisierung der Ausführungsformen nach Fig. 1 und 6.

F i g. 3 eine Variante zu Fig. 1. gemäß welcher in den beiden Wechselstromkopplungsschleifen je zwei Spulen je eines Übertragers in Oszillatorschaltung enthalten sind, deren Gegeninduktivität von außen veränderlich ist,

F i g. 4 ein Beispiel einer Anordnung von zwei Ubertragcrspulen zur Veränderung ihrer Gegeninduktivität durch Annäherung bzw. Entfernung eines beweglichen Körpers, zur Realisierung der Ausführungsform nach

ίο der F i g. 3,

F i g. 5 eine der Fig 1 verwandte AusführungsfonTi mit einer veränderlichen Selbstinduktivität.

F i g. 6 eine der Fig. 1 verwandte Ausführungsform mit einer veränderlichen Kapazität.

F i g. 7 eine Variante zu F i g. 5 mit zwei veränderlichen Selbstinduktivitäten.

F i g. 8 ein Beispiel einer veränderlichen Selbstinduktivität zur Realisierung der Ausführungsformen nach F i g. 5 und 7.

In allen Ausfiihrungsbeispielen nach den Fig. 1.3. 5, 6. 7 sind grundsätzlich bekannte, symmetrische Flip-Flop-Schaltungsanordnungen dargestellt, soweit nurgleichstromwirksame Komponenten und die Uberbrückungskondensatoren 6. 6 der Widerstände 3. 3 beachtet werden.

Als Versiärkerelemente dienen in allen dargestellten Ausführunjpbeispiclen einfache npn-Transistoren 1 bzw. Γ, beispielsweise vom Typ BSV 38 (Philips). Ihre Kolloktorelektroden sind je über einen Widerstand 2 bzw. 2'. beispielsweise je vom Wert 1000 U. an den positiven Pol (■+ I einer im übrigen nicht gezeichneten Gleichstromquelle angeschlossen. Die Basiselektrode des Transistors 1 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4' angeschlossen. Em- sprechend ist die Basiselektrode des andern Transistors 1 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 3' und 4 angeschlossen. Die Werte der Widerstände 3 und 3 betragen z. B. je 1800Ou. Die Werte der Widerstände 4 und 4' betragen z. B.

je 1500011. Die Widerstände 3 bzw 3' sind je an das mit dem Kollektor des Transistors 1 bzw. 1' verbundene Ende des betreffenden Widerstandes 2 bzw. 2' angeschlossen. Die Widerstände 4 bzw. 4' sind an den negativen Spannungspol (—) der genannten Gleich-Spannungsquelle angeschlossen.

Die Emitterelektroden der beiden Transistoren 1 und Γ sind über einen gemeinsamen Widerstands, dessen Wert z. B. 220 U betragen kann, an den negativen Pol ( - ) der Gleichspannungsquelle angesv_..'.lossen.

Unter Wirkung der beiden Transistoren 1 und 1' gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleife:

Kollektor (Ausgang) von Transistor 1 -- Widerstand 3 Basis (Eingang) von Transi-^5:> stör Γ — Kollektor (Ausgang) von Transistor Γ — Widerstand 3 Basis (Eingang) von Transistor 1 — Kollektor (Ausgang) von Transistor 1.

wird der symmetrische Betriebszustand beider Verstärkerclemente instabil und zwangläufig in einen von zwei stabilen Bctriebszuständen überführt, in denen immer eines und nur eines der Verstärkerelemente 1 bzw. Γ in seinem aktiven, d. h. differentiell verstärkenden Arbeitsbereich betrieben wird, während jc-weil; (•5 das andere Verstärkungselement in einem inaktiver Arbeitsbereich, bei allen dargestellten Ausfühi ungsbei spielen im Sperrbereich, betrieben wird, und umge kehrt.

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Wie schon erwähnt, sind in den gezeichneten Ausuhrungsbeispielen die Gleichstromkopplungswiderstände 3 bzw. 3' durch je einen Kondensator 6 bzw. 6' kapazitiv überbrückt. Dadurch wird in bekannter Weise zusammen mit der unvermeidbaren Eingangskapazität des jeweils nachgeschalteten Transistors die zum sic/ieren Umsteuern der Flip-Flop-Anordnung aus einem herrschenden stabilen Betriebszustand in den andern stabilen Betriebszustand nötige, differen- licllc Steuersignalarbeit vermindert, weil durch die Unsymmetrische Aufladung dieser beiden Kondensatoren 6. 6 in jedem der beiden Betriebszustände der iFlip-Flop-Anordnungdie Umschaltung in den andern Betriebszustand und nicht die Beibehaltung des bestehenden Betnebszustandes begünstigt wird. Dadurch vermögen allerdings auch Störimpulse, die sich euf beide Verstärkerelemente gleichsinnig auswirken. die Flip-Flop-Schaltung jeweils in den andern Zustand umzusteuern. Bei der nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Ausbildung der Flip-Flop-Anordnung wird dieser Nachteil dagegen in später zu beschreibender Weise weitgehend vermieden.

Gemäß F i g. I werden Umsteuerungen der dargestellten Flip-Flop-Anordnung in einen der beiden stabilen Betnebszustände ohne galvanische Einwirkung von außen, lediglich durch mechanisch bewirkte Veränderung mindestens einer Kapazität bewirkt Zu diesem Zweck sind in dieser Schaltungsanordnung weitere phasendrehende Impedanzen, nämlich Kapazitäten 7. 7' und Induktivitäten 8. 8' eingebaut, die in ihrem Zusammenwirken jeweils für den im aktiven, verstärkenden Bereich betriebenen Transistor eine zusätzliche Wechselstromkoppiungsschleife bilden, nämlich:

a) Transistor 1 ak'iv:

Kollektor (Ausgang) des aktiven Transistors 1 Spule 8 - Kapazität 6 über Widerstand 3 Kapazität T über gesperrten Transistor Γ - Spule 8' Kapazität 6' über Widerstand 3' Basiselektrode (Eingang) des aktiven Transistors 1.

t) Transistor Γ aktiv:

Kollektor (Ausgang) des aktiven Transistors!' Spule 8' Kapazität 6' über Widerstand 3' — Kapazität 7 über gesperrten Transistor 1 - Spule 8 — Kapazität 6 über Widerstand 3 — Basis (Eingangides aktiven Transistors Γ.

Die jeweils dem im aktiven, verstärkenden Bereich betriebenen Transistor zugeordnete Wechselstromkopplungsschleife bewirkt eine positiv wirkende Rückkopplung zwischen dem Ausgang (Kollektor) des betreffenden Transistors und seinem Eingang (Basis), sofern folgende, näherungsmäßig geltende Bedingungen durch die Kapazitäten C„. C-. C„'. C- der Kondensatoren 6. 7. 6'. T und die Induktivitäten L₈. LJ der Spulen 8. 8' erfüllt sind:

1) C_h. C₁; &- C-. C-kapazitiver Kurzschluß der Widerstände 3. 3'

2a) positive Wechselstrom-Rückkopplung für verstärkenden Transistor 1:
C-: · L₈' > C- · L₈

2 b) positive Wechselstrom-Rückkopplung Tür verstärkenden Transistor 1 :
C- ■ L₈ > C-L,

Eine positive Rückkopplung in einer Wechselstromkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem Eingang eines Verstärkers bewirkt die Rückführung einer am Ausgang des Verstärkers auftretenden kleinen Wechselstromkomponente an den Verstärkereingang in einer Phasenlage, die durch den Verstärker wieder in die Phasenlage der ursprünglichen Störung an seinem Ausgang gebracht wird. Dies bedeutet, daß der betreffende Verstärker zusammen mit seiner positiven Riickkdpplungsschleif': mindestens momentan einen selbstschwingenden Oszillator darstellt, also instabil wird. Dieser Effekt wird nun in der Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach F i g. I in der Weise ausgenutzt, daß durch abwechslungsweise gegensinnige Veränderung der Kapazitäten C-. C- der beiden Kondensatoren 7 und 7 einmal die Schwingbedingung 2a) für den verstärkenden Transistor 1 und ein anderes Mal die Schwingbedingung 2 b) für den verstärkenden Transistor 1 erfüllt wird

Falls die Schwingbedingung 2a). C- L_s > C- l.„ erfüllt wird, beispielsweise durch C- ■ C- für /.„' L₁₁. wird der Betriebszustand, in welchem der Transistor 1 im aktiven, d. h. verstärkenden Bereich betrieben wird, instabil, indem dann von selbst sofort eine Schwingung über eine Wechselstromkopplungsschleifc angeregt wird. Sobald mindestens eine entsprechend gerichtete Halbwelle dieser Schwingung genügend großer Amplitude über den Widerstand 3 und Kondensator 6 den anderen Transistor 1 vom vorher sperrenden Arbeitsbereich in den aktiven, verstärkenden Bereich umsteuert, bleibt dieser neue Zustand erhalten, da der nun aktiv gewordene Transistor \ über den Widerstand 3 und Kondensator 6 den Transistor 1 im sperrenden Zustand verriegelt. Damit wird aber auch die Erfüllung der Schwingbedingung in der Wechselstromkopplungsschleife des Transistors 1. welche den erwähnten Zustandswechsel ausgelöst hat. unwirksam, da ja nun der Transistor 1 nicht mehr verstärkend, sondern sperrend wirkt. Anderseits ist für den nun vcrstärkenden Transistor Γ die Schwingbedingung nicht erfüllt, so daß der neu erreichte Betriebszustand mit verstärkendem Transistor Γ bis zur gewollten Rücksteuerung in den ersten Zustand >tabil bleibt. Diese Rücksteuerung kann dadurch bewirkt werden, daß die Kapazität C- verkleinert und gegebenenfalls gleichzeitig die Kapazität C vergrößert wird, bis die Schwingbedingung 2b): C- > C- für den verstärkenden Transistor Γ erfüllt ist. Wenn dies erreicht ist. setzt eine Schwingung in der Wechselstromkopplungsschleife über dem verstärkenden Transistor Γ ein. Diese steuert über den Widerstand 3' und Kondensator 6' den vorher sperrenden Transistor 1 in den aktiven Bereich. Damit wird über den Widerstand 3 und Kondensator 6 der vorher aktive Transistor Γ gcsperrt, und die Schwingung durch diesen Transistor 1 reißt ab.

Die phasendrehenden Impedanzen in der Flip Flop-Schaltung nach F i g. 1 können z. B. folgende Werte haben:

L₈ = L₈ ^ 10"H
C,, = C₁; > KK) pF

C- und C-. gegensinnig veränderbar im Bereich 2pF bis 10 pF

An sich könnten als veränderliche Kapazitäten C und C- zwei Trimmerkondensatoren verwendet wet

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«Jen. die über ein mechanisch bewegliches Betätigungsb/w. Steuerorgan gegensinnig veränderlich sind Die nur kleinen Kapazitätsänderungen der Kapazitäten C-, bzw. C- können aber auch in sehr einfacher Weise dadurch bewirkt werden, daß z. B. gemäß F i g. 2 die Basiselektrode und die Kollcktorelektrode eines Transistors 1 und'orOr 1' über Leiter 73 mit je einer Leiterplatte 71 bzw. 72elektrisch verbunden sind. Die beiden Leiterplatten 71 und 71 liegen nebeneinander in einer Trägerplatte 70 aus Isoliermaterial und haben an sich Iine vernachlässigbarc kleine Kapazität, z. B. C_n =t I is 2 pF. Sofern aber den beiden Leiterplatten eine Indere Leiterplatte, z. B. 74. die gemäß F i g. 2 in der fm die Achse 76 drehbaren, ebenfalls isolierenden rügerscheihe 75 eingebettet ist. derart genähert wird, iaß diese Leiterplatte 74 die Leiterplatten 71 und 72 frit kleinem Luftspalt überdeckt, wird die Kapazität !wischen den überdeckten Leiterplatten wesentlich Iroßer. z. B. C-,,, * IO pF.

In einer anderen Stellung der beispielsweise hinlind herschwenkbaren Scheibe 75 kann deren Leiterplatte 74 entsprechende Leiterplatten (nicht gezeichnet), die als offener Kondensator an den Transistor Γ !!!geschlossen sind, überdecken. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der momentanen Lage einer Inechaniseh beweglichen Leiterplatte 74 entweder die kapazität C- ihren größeren Wert (lOpF) oder den kleineren Wert (1 bis 2 pF) haben, während jeweils llie Kapazität 7' den kleineren oder den größeren Wert hat. So wurden sich in Abhängigkeit von der Stellung der Scheibe 75 zwei verschiedene stabile Zustände ergeben.

a) C-_n * 2 pF Transistor Γ aktiv. Transistor 1

sperrend
C-,,, % 10 pF

b) C-,,, 5; 10 pF Transistor 1 aktiv. Transistor Γ

sperrend

O₁₁ * 2pF

Zwangläufig ist die innere Basiskollektorkapazität C_Bk von Transistoren, die jeder äußeren Kapazität C- bzw. C7 wirkungsmäßig parallel liegt, in günstigem Sinne in Abhängigkeit vom Arbeitsbereich verfinderlich. Beispielsweise gilt:

C_BK, (Transistor sperrend) ^ I bis 2 pF
C_BKa (Transistor aktiv) ^ 3 bis 4 pF

LIntcr Mitberücksichtigmig dieser inneren Kapazitäten C_BKs und C_ttKa sind die vorstehend genannten Bedingungen für die allein stabilen Zustände wie folgt Hi schreiben:

im Bereich 2pF bis lOpF veränderliche Kapazität C-gemäß F i g. 1 ausbildet und dem anderen Transistor Γ eine unveränderliche Kapazität C- im Wert von etwa 5 pF zuordnet, so ergeben sich folgende beiden stabilen Betriebszustände:

a) Transistor 1 sperrend j C-^₁ + C_Blt, = 2 bis 4 pF Transistor Γ aktiv | C-,„ + C_nKa= 8 bis ¹^pF

b) Transistor 1 aktiv | C-„, > Γ_ηΚ(, = 13 bis 14 pF^; Transistor Γ sperrend I C-,, - ("ή_κ, = 6 bis 7 p(

Die zur sicheren Ansteuerung eines gewolltcn Betriebszustandeserfonler ehe Hysteresis-Eigcnschaft gegenüber der Stellung d, ■> mechanisch beweglichen Steuerkörpers (Leiterplatte 74), welche ohne die Ausnutzung dieser richiungsgünstigen Abhängigkeit der inneren Kollektor-Basis-Kapazität C„_K eines Transistors von dessen Betriebszustand hei der Ausfiihrungsform nach F i g. 6 nicht gegeben wäre, wird auch bei dieser Vereinfachung gegenüber F i g. I gesichert.

Die Ausfuhrungsvarianten nach den F i g. 5 und 1 sehen keine äußeren Kapazitäten 7 bzw. 7' parallel zu den inneren Basis-Kollektor-Kapazitäten C_BK bzw C'_RK vor. dafür aber eine Veränderlichkeit mindestem einer der Spulen 8. 8' in Abhängigkeit von der momentancn Lage eines beweglichen Steuerkörpers gemäß F i g. 8. wo gegenüber F i g. 2 an Stelle vor zwei nebeneinander in einer feststehenden Trägerplatte 70 angeordneten Leiterplatten 71. 72 in einei feststehenden Trägerplatte 80 eine Spule 81 liegt deren Induktivität durch überdeckung mit einei Leiterplatte 84 in der beweglichen Scheibe 85 wesentlich vermindert wird (Wirbelstromeffekt). Falls ar Stelle einer Leiterplatte 84 in der beweglichen Scheib* 85 ein Steuerkörper aus ferromagneti^hem Material

z. B. ein Ferritstäbchen. verwendet würde, ergäbt sich in der Uberdeckungslage eine Vergrößeruni der Spuleninduktivität.

Durch die Veränderung mindestens einer de Spuleninduktivitäten L₈. L₈ gemäß F i g. 8 ergebei sich dieselben Möglichkeiten zur berührungslosci Ansteuerung der Betriebszustände einer Flip-Flop Schaltung nach F i g. 5 und 7 in Abhängigkeit voi der Stellung eines mechanisch beweglichen Steuer körpers, wie an Hand der F i g. 1 und 6 beschriebei worden ist. je nachdem, welche von folgenden Bc dingungen erfüllt sind:

Zustand a: Transistor 1 sperrend. Transistor 1' akti

a) C-_n

2 bis 4pF

C-,,, f C_BKa = I? bis 14 pF

b) C-,,, - C_BKu = 13 bis 14 pF
C:_o ->- C_BK, * 2 bis 4 pF

Transistor Γ
aktiv.

Transistor I
sperrend

Transistor 1
aktiv.

Transistor Γ
sperrend

L₈ großer Wert
Lo kleiner Wert

und oder

Zustand b: Transistor 1 aktiv. Transistor 1' sperren

Cr₁

L₈ kleiner Wen
L, croßer Wert

und oder

Wenn man z. B. gemäß der \usführungsvariante feemäßF i e. 6 die dem ersten Transistor 1 zugeordnete Die in Fig. 3 dargestellte Flip-Flop-SchaUun unterscheidet sich von denjenigen nach Fig. i. : 6. 7 dadurch, daß jedem der Transistoren ein übei 6s trager 9 bzw. 9' mit zwei Wicklungen 91. 92 bzv 91'. 92' zugeordnet ist. Die einen Enden beider übe: tragcrwicklungcn sind gemeinsam an die Basis dt zugeordneten Transistors 1 bzw Γ anaeschlosse

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['Vis /wcut. Finde jeder Wicklung 91 b/w. 91 ist über einen Widerstand 10 b/w. 10' mit dem Kollektor des zugeordneten Transistors 1 bzw. Γ verbunden .

.(ede Wicklung 92 b/w. 92' ist hinter dem Widerstand 3' bzw. 3 des üleichstrompfadcs vom anderen Transistor 1 bzw. Γ her eingeschaltet.

Die Gcgeninduklivitäten L,₂ bzw. L₁₂ /wischen den beiden Wicklungen »1. 92 bzw. 9Γ. 92' der übertrager 9 bzw. 9' sichern bei genügend hohem Wert die positive Wechselstromkopplungsbedingung vom Kollektor zur Basis des zugeordneten, el. h die lchwingbed'ngung für einen Transistor. Sie kann »ermiß F i g 4 durch Einschieben einer auf der Welle 4 drehboren Metallplatte 93 zwischen die Spulen ti. 92 bzw. 91'. 92' des einen oder anderen Uber-Iragers 9 bzw. 9 aufgehoben werden Wenn die ftositive Kopplungsbedingung durch den Übertrager 9 liir den oincn Transistor 1 erfüllt ist und für den linderen Transistor Γ nicht, so ist der leitende Zuttand d"s Transistors Γ unstabil, und umgekehrt. fcs kann also durch Verstellung der beweglichen Leiterplatte in den einen oder anderen der Übertrager der eine oder andere Betriebszustand der Flip-Flop-Schaltung von F ι g. 3 erzwungen werden, wie das für die anderen Beispiele erläutert worden ist. Es ist leicht verständlich, daß einer Mehrzahl von erfindungsgemäßcn Flip-Flop-Schaltungcn mehrere, auf einer gemeinsumen. /. B. drehbaren oder verschiebbaren Trägerplatte angeordnete Steuerkörper zur Veränderung einer phasendrehenden Impedanz durch Annäherung bzw. Entfernung eines solchen beweglichen Steuerkörpers an das entsprechende Impedanzglied zugeordnet werden können. Es ist so möglich, ähnlich wie bei entsprechenden Schaltungsanordnungcn mit beweglichen Schaltkontakten zu einer aus einer Mehrzahl von diskreten Stellungen der Trägerplatten eine vorbestimmte Zustandskombination aller Flip-Flop-Anordnungen zuzuordnen.

Es sind nicht nur einfache Transistoren, sondern auch Transislorkombinationen bzw. integrierte Verstärker als Verstärkerelemente zur Realisierung der Erfindung verwendbar, wobei unter Umständen jedem integrierten Verstärker nur ein veränderlicher Kopplungskondensator als Wechselstromkopplungsschleife zugeordnet werden muß.

Mindestens den in Fig. I. 5. 6. 7 dargestellten Ausführungsbcispielcn ist folgende günstige F.igcnschaft der Unempfindlichkeit für Störungen, die sich beispielsweise auf beide Vcrstärkerclcrnente gleichsinnig auswirken, gemeinsam.

Sobald für ein Verstärkere'emcnl. das im inaktiven, diffcrentiell verstärkenden Arbeitsbereich betrieben

ίο wird, durch entsprechende Beeinflussung mindestens einer der phasendrehenden Impedanzen seiner zugeordneten Wechselstromkopplungsschleife die Schwingbedingung bzw. Instabilitätsbedingung erfüllt wird, erfolgt die Umsteuerung in den anderen

ts Betriebszustand, in welchem das vorher im aktiven Arbeitsbereich betriebene Verstärkcrelement gesperrt wird. Für das andere, nun im aktiven Arbeitsbereich betriebene Verstärkungselcment ist aber zwangläufig die Schwingbedingung nicht erfüllt, weil nur eine dieser Schwingbedingungen, z. B. L^ ■ C-, > L_s · C-. und nicht zugleich auch die andere. L^ ■ C- < L_H ■ C-. durch ein und dieselbe momentane Wertkombination der phasendrehenden Impedanzen L₈. Lj. C-. C₁' erfüllt sein kann.

Wenn nun also die Schwingbedingung gewollt für das eine Verstärkerelcment, z. B. den Transistor 1. erfüllt worden ist, so kann, solange die entsprechende Wertkombination der phasendrehenden Impedanzen nicht wieder gewollt zurückverändert wird, die betreffende Flip-Flop-Anordnung nur in dem einen stabilen Betriebszustand verbleiben, in welchem das Verstärkerelement, z. B. der Transistor Γ, für welches die Schwingbedingung nicht erfüllt ist. im aktiven Bereich betrieben wird. Jede momentane Störung.

welche an sich eine Umsteuerung der Flip-Flop-Anordnung aus diesem einen stabilen Betriebszustand bewirken könnte, führt zum instabilen Betriebszustand, wodurch sofort wieder der eine stabile Betriebszustand erreicht wird. Je nach der momentanen Lage des beweglichen Steuerkörpers zur Beeinflussung der momentanen Wertkombination dci phasendrehenden Impedanzen wird also der eim oder der andere Betriebszustand der Flip-Flop Anordnung mit Sicherheit erzwungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Paienuinsprüclic:

I. Bistabile Flip-Flop-Scnaltungsunordnung mil .twei kreuzweise gleichstrommäßig gekoppelten Versiärkerelementen. vorzugsweise Tninsistorsiiifcn, von denen in jedem der beiden stabilen Heiriebszustände das eine in einem aktiven, differenliell verstärkenden Arbeitsbereich leitend und das andere in einem inaktiven nicht verstärkenden Bereich betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Verstärkerelelucntcd. 1) eine Wechselst rom-Koppelungsschleife mit mindestens einer veränderbaren phasendrehenilen Impedanz (7. 8. 9: T, 8'. 9') zwischen seinem AiisuLi'ii! und seinem Eingang zugeordnet ist und dall Kopplungskomponenten (3, 6, 7, 8, 9, 10: 3'. 6. 7'. 8'. 9', 10') zusammen mit jenem der beiden Vcrsiiirkerclenicnte (z.B. 1). welches im aktiven, verstärkenden Hereich leitend ist. einen Schwingkreis bilden, d-.-s.en Schwingung einsetzt, sobald eine \ urhestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen |7. 8. 9: 7 . 8', 9) erreicht wird, und daß beim hinsetzen der Schwingung das jeweiis vorher im aktiven, verstärkenden Bereich !eilende Verstärlcerelemenl Iz. B 1) zwangläufig aus diesem Bereich gebracht und dafür das andere Verstärkerelement (z. Bit im verstärkenden Bereich leitend wird und die I hp-Flop-Schaltungsunordnum; im neu erreichten Betriebszustand verharrt bis eine am r.e vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen (7. 8. 9; 7 . 8'. 9 ι erreicht wird, welche die Riicnschaltung in den ersten Betriebszustand auslösi

2 Flip-I lop-Schalttingsanordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß Kopplungskomponenten (8. 8 ) der beiden Wechselstrrmkopplungssehleifen auch Kopplungselemente der beiden Verstärkungselementen (1. Y) gemeinsamen Gleichstromkopplungsschlcifen (1. 8. 3. 1 . 8. 3 I sind

V I Iip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2. die als mechanisch steuerbare, mit mindestens einem mechanisch beweglichen Steuerkörper versehene Schaltungsanordnung ausgebildet ist. dadurch gekennzeichnet, tl.iß der bewegliche Steuerkörper (74.84) in einer seiner Lagen durch berührungslose Finwirkung auf eine der phasendrehenden Impedanzen (7. 8. 9) einer der Wechselstromkopplungsscbleifen in dieser die Selhstschwmghedingung ändert (F i g 2. 4. 8)

4 Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch V dadurch gekennzeichnet, d.iü der bewegliche Steuerkörper eine Leiterplatte (74. 84) ist. cIk· bei Annäherung bzw Fntierniing den Wert CiIiLT ph.isemlrehcndcn Impedanz |7. 8. 9| zur F.rfülliing bzw Nichterfüllung tier Sclhsisehwinu-

5. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Steiierkörper (74. 84) in seiner einen Lage die Sclbstschwingbedingung in einer der Wevhselstromkopplungsschlcifcn und in einer ander-Mi Lage in der anderen Wcchselstromkopphiiwsschleifc erfüllt.

(>. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach An- -pruji 3. dadurch gekennzeichnet. daß mehrere. ml' einem gemeinsamen, beweglichen Träger (75i

befestigte Steiierkörper (74) bei der Bewegung des Trägers (75) in vorgesehener Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Trägers auf mehrere, gleichartige Flip-Flop-Schaltungsanordnungen steuernd einwirken.

7. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß zur UberdecKung von zwei nebeneinander angeordneten, zusammen einen offenen Kondensator bildenden Metallplatte!! (71, 72) eine an einem rel-Utv zu diesen Metallplatte!! (71, 72) bewegbaren Träger (75) angeordnete Leiterplatte (74) in deren Nähe bewegbar ist und aus dieser Uberbrückungslage. in welcher die Kapazität des offenen Kondensators wesentlich vergrößert wird, in eine entferntere, unwirksame Lage verstellbar ist.

8. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei zusammen einen übertrager (9) bildenden Spulen (91.92) zur Veränderung ihrer Gegeninduktivität ein an einem relativ zu den Spulen (91, 92) bewegbaren Träger (94) angeordneter Steuerkörper (93) verstellbar ist und aus dieser wirksamen Lage in eine unwirksame Lage verstellbar ist (F i g. 41.

9. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch X. dadurch gekennzeichnet, tiaß der Steuerkörper eine metallische Leiterplatte (93) ist.

10. Fiip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß in die unmittelbare Nachbarschaft einer Spule (81) zur Veränderung von deren Selbstinduktivität ein an einem relativ zur Spule (81) bewegbaren Träger (85) befestigter Steuerkörper (84) verstellbar ist und ausdieser w irksamen Lage in eine unw irksame Lage verstellbar tst (Fi g. 81.

11. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch Hi. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper eine metallische Leiterp! i^M,e (84) ist.