DE2000883C - Bistabile Flip-Flop-Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Flio-Flop-Schaltungsanordnung mit zwei kreuzweise gleichstromrnäßig gekoppelten Verstärkerelementen, vorzugsweise Transistorstufen, von denen in jedem der beiden stabilen Betriebszustände das eine in einem aktiven, differentiell verstärkenden Arbeitsbereich leitend und das andere in einem inaktiven nicht verstärkenden Bereich betrieben wird, Zur Ansteuerung eines vorbestimmten Betriebszustandes von solchen F'lip-Flop-Schaltungsanordnungen werden linien bisher von außen elektrische Schaltsignale zugeführt.

Vielfach soll für die Beeinflussung eines Strorikreises in Abhängigkeit von einer mechanischen bewegung ein zweiwertiges Ausgangssignal erzeugt werden. Beim kontinuierlichen Bewegen eines Steuerkör-

f>° pers über einen Grenzbereich, in welchem an sich beide Wertzustände des Ausgangssignals möglich sind, soll dabei nach Durchlaufen dieses Grenzbereiches mit Sicherheit 2ine sprunghafte Änderung des Ausgangssignalwcrtes; aus dem vorherigen ersten Wert in den

f>5 anderen möglichen zweiten Wert erzwungen werden. Beim späteren Bewegen des betreffenden Körpers in der Gegenrichtung soll der zweite Wert des Ausgangssignals erhallen bleiben, bis der Steuerkörper den gc-

iannten Grenzbereich wieder durchlaufen hat. Am inderen Ende des Grenzbereiches soll der Körper mieder eine sprunghafte Veränderung des Ausgangssignals vom zweiten Wert in den ersten Wert erzwingen. Diese Hysteresis-Eigenschaft der Betätigungsfunktion ist für die Zuverlässigkeit solcher mechanisch betätigter. Geber von zweiwertigen Ausgangssignalen von wesentlicher Bedeutung.

Die einfachste bekannte Vorrichtung, welche dieser Funktionsbedingung genügt, ist immer noch ein mechanisch betätigter, unter Wirkung von Federkräften oeim Umschalten springender Schalter in einem Stromkreis. Die Kontaktstellen von mechanisch betätigten Kontaktschaltern sind aber grundsätzlich immer der Verschmutzung und der Korrosion ausgesetzt, und mancherlei Ausführungsformen, ζ Β. Relaiskontakte, neigen zum Prellen beim sprungvveisen Uberschalten in die neue stabile Lage, wodurch ebenfalls Funktionsstörungen bewirkt wert* :.n.

Es sind schon Vorrichtungen zur Erzeugung von zwei wertigen, je am Ende eines Grenzbereiches sprunghaft vom vorherigen einen Wert in den möglichen 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-Fiop-Schaltung der eingangs genannten Art irgendeine vorgeschaltete Gebervorrichtung für ein Gleichstromsteuersignal zugeordnet, die ein Gleichstromsteuersignal zur Umsteuerung der Flip-Flop-Anordnungohne 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 mechanisch 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 Steuersigna, Gebervorrichtung bedingt aber einen bedeutenden technischen Mehraufwand, ohne die erforderliche Zuverlässigkeit auf lange Lebensdauer zu sichern, und befriedigt deshalb nicht

Es ist auch schon bekannt, bei einen, lichtgesteuerten bistabilen Multivibrator zwei nebeneinander angeordneten, als lichtelektrische Schaltelemente wirkenden und deshalb nicht mit Schutzhauben oder Schutzlackanstrichen versehenen Transistoren eine Lichtquelle zuzuordnen, welche beide Transistoren zu beleuchten fähig ist, und zwischen dieser Lichthaube und den beiden Transistoren eine bewegliche Fahne bzw. tine Lichtblende vorzusehen. Es kann damit bewirkt werden, daß bei der Durchführung der Blende von einer unwirksamen Außenstellung auf einer Seite der Transistoren auf die andere Seite in eine ebenfalls unwirksame Außenstellung der eine und bei eier 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 Schaltcrkontaktc 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 Versiellbewegung eines Steuerkörpers mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Flip-Flop-SchaRungsanordnung, aber ohne lichtelektrische Beeinflussung derselben, ein binäres, elektrisches Ausgangssignal abzuleiten, das in einem Stellungsbereich des Steuerkörpers mit Sicherheit den einen von zwei möglichen Werten (Ja ^ '.er 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 vorbesi.rn.mlen Betriebszustandes einer solchen Flip-Flop-Scha.tungsanordnung bzw. eine Umsteuerung derselben von einem bisherigen Betriebszustand auf den anderen Betriebszustand, vorzugsweise lediglich durch berührungslose Annäherung oder Entfernung eines beweglichen Steuerkörpers, erfolgen können. Dabei soll vor allem auch die wirtschaltliche 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 einet bistabilen Flip-Flop-Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch geschaffen, daß jedem der beiden Verstärkerelernentc eine Wechselstromkopplungsschleife mit mindestens einer veränderbaren phasendrehenden Impedanz zwischen seinem Ausgang und seinem Eingang zugeordnet ist und daß Kopplungskomponenten zusammen mit jenem der beiden Verstärkerelemente, welches im aktiven, verstärkenden Bereich leitend ist, einen Schwingkreis

4c bilden, dessen Schwingung einsetzt, sobald eine vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen erreicht wird, und daß beim Einsetzen der Schwingung das jeweils vorher im aktiven, verstärkenden Bereich leitende Verstärkerelement zwangläufig aus diesem Bereich gebracht und dafür das andere Verstärkerelement im verstärkenden Bereich leitend wird und die Flip-Flop-Schaltungsanordnung im neu erreichten Betriebszustand verharrt, bis eine andere vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen erreicht wird, welche die Rückschaltung in den ersten Betriebszustand auflöst.

Es wird also bei einer Flip-Flop-Anordnung gemäß der Erfindung lediglich durch entsprechende mechanische Beeinflussung mindestens einer phasendrehenden Impedanz in mindestens einer der beiden je einem Verstärkerele.-nent zugeordneten Wechselstromkopplungsschleifen der Betriebszustand, in welchem das betreffende erste Verstärkerelemenl aktiv, d. h. differentieli verstärkend wirkt-, durch Erfüllung der Selbstschwingbeuingung instabil gemacht. Unter Wirkung der in diesem Fall sofort einsetzenden Oszillation in der betreffenden Wechselstromkopplungsschleife wird unter Wirkung der den beiden "/erslärkereleinenten gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleife das andere. zweite Verslärkerelcment in seinen aktiven, differcnticll verstärkenden Betriebszustand umgesteuert. Damit wird über dieselbe Gleichstromkoppluhgsschleifi 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 für das erste Verstärkerelement, die Rücksteuerung in den ersten Betriebszustand erzwungen wird. Die vorher in der Wechselstromkopplungsschleife des ersten Verstärkerelementes ausgelöste Schwingung wird, durch die Rücksteuerung des betreffenden Verstärkerelementes in den inaktiven Betriebszustand 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 Gegeninduktivität 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 Realisierung des Erfindungsprinzips Teile der beiden Wechselstromkopplungsschleifen gleichzeitig auch Teile dcT beiden Vcrsiärkcrclcrücnicri gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleifen sein. Außerdem können auch phasendrehende Impedanzen, die den beiden Verstärkerelementen inhärent sind, z. B. die in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand stark veränderliche Basis-Kollektor-Kapazität eines Transistors, wirksame Impedanzen der betreffenden Wechselstromkopplungsschleifen bilden.

EineerfindungsgemäßausgebildeteFlip-FIop-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 Selbstschwingbedingung erfüllt und in anderen Lagen nicht erfüllt. Oder der bewegliche Steuerkörper erfüllt in seiner einen Lage die Selbstschwingbedingung 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 Fiip-Flop-Schaltungsanordnungen einwirken, wie das bei bekannten Codier-Schaltern der Fall ist.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer 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-Flop-Schaltungsanordnung mit zwei Transistoren als Verstärkerelementen, denen außer einer gemeinsamen Gleichstromkoppelungsschleife je noch eine besondere Wechselstromkopplungsschleife mit je einer von außen veränderlichen Kapazität zugeordnet ist,

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

F i g. 3 eine Variante zu F i g. I. gemäß welcher in den beiden Wechselstromkopplungsschleifen je zwe: Spulen je eines Übertragers in Oszillatorschaltung enthalten sind, deren Gegeninduktivität von außen vcränderlich ist,

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

ίο der F i g. 3,

F i g. 5 eine der F i g. 1 verwandte Ausführungsform mit einer veränderlichen Selbstinduktivität,

F i g. 6 eine der F i g. 1 verwandte Ausführungsforrc mit einer veränderlichen Kapazität,

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

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

In allen Ausführungsbeispielen nach den Fig. ί. 3 5, 6, 7 sind grundsätzlich bekannte, symmetrische Flip-Flop-Schaltungsanordnungen dargestellt, soweit nur gleichstromwirksame Komponenten und die Uberbrückungskondensatoren 6, 6' der Widerstände 3, 3 beachtet werden.

Als Verstärkerelemente dienen in allen dargestellter Ausführungsbeispielen einfache npn-Transistoren 1 bzw. i\ beispielsweise vom Typ BSY 38 (Philips) Ihre Kollektorelektroden sind je über einen Widerstand 2 bzw. 2\ beispielsweise je vom Wert 1000 U. ar den positiven Pol ( + ) einer im übrigen nicht gezeichneten Gleichstromquelle angeschlossen. Die Basiselektrode des Transistors Γ ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4' angeschlossen. Ent-

sprechend ist die Basiselektrode des andern Transistors 1 an den Verbindungspunkt zwischen der Widerständen 3' und 4 angeschlossen. Die Werte der Widerstände 3 und 3' betragen z. B. je 18000 Ω Die Werte der Widerstände 4 und 4' betragen ζ. Β

je 15000 Ω. Die Widerstände 3 bzw. 3' sind je an da; mit dem Kollektor des Transistors 1 bzw. Γ verbundene Ende des betreffenden Widerstandes 2 bzw. 2 angeschlossen. Die Widerstände 4 bzw. 4' sind an der 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 Ω betragen kann, an den nega tiven Pol ( —) der Gleichspannungsquelle angeschlos sen.

Unter Wirkung der beiden Transistoren 1 und 1 gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleife:

Kollektor (Ausgang) von Transistor 1 — Wider stand 3 — Basis (Eingang) von Transi stör Γ — Kollektor (Ausgang) von Transistor 1 — Widerstand 3' — Basis (Eingang) von Tran sistor 1 — Kollektor (Ausgang) von Transistor 1

wird der symmetrische Betriebszustand beider Ver Stärkerelemente instabil und zwangläufig in einer von zwei stabilen Betriebszuständen überführt, in dener immer eines und nur eines der Verstärkerelemente 1 bzw. Γ in seinem aktiven, d. h. differentiell verstärken den Arbeitsbe-eich betrieben wird, während jeweil: das andere Verstärkungselement in einem inaktiver Arbeitsbereich, bei allen dargestellten Ausführungsbei spielen im Sperrbereich, betrieben wird, und umee kehrt.

Wie schon erwähnt, sind in den gezeichneten Ausführungsbeispielcn die Gleichstromkoppiungswiderstände 3 bzw. 3' durch je eii.en Kondensator 6 bzw. 6' kapazitiv überbrückt. Dadurch wird in bekannter Weise zusammen mit der unvermeidbaren Eingangskapazität des jeweils nachgeschaltetdn Transistors die zum sicheren Umsteuern der Flip-Flop-Anordnung aus einem herrschenden stabilen Betriebszustand in den andern stabilen Betriebszustand nötige, differentielle Steuersignalarbeit vermindert, weil durch die unsymmetrische Aufladung dieser beiden Kondensatoren 6, 6' in jedem der beiden Betriebszustände der Flip-Flop-Anordnung die Umschaltung in den andern Betriebszustand und nicht die Beibehaltung des bestehenden Betriebszustandes begünstigt wird. Dadurch vermögen allerdings auch Störimpulse, die sich auf 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. 1 werden Umsteuerungen der dargestellten Flip-Flop-Anordnung in einen der beiden stabilen Betriebszustände 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, T und Induktivitäten 8, 8' eingebaut, die in ihrem Zusammenwirken jeweils für den im aktiven, verstärkenden Bereich betriebenen Transistor eine zusätzliche Wechselstromkopplungsschleife bilden, nämlich:

a) Transistor 1 aktiv:

Kollektor (Ausgang) des aktiven Transistors 1

— Spule 8 — Kapazität 6 über Widerstand 3

— Kapazität 7' über gesperrten Transistor Γ

— Spule 8' — Kapazität 6' über Widerstand 3' — Basiselektrode (Eingang) des aktiven Transistors 1.

b) Transistor Γ aktiv:

Kollektor (Ausgang) des aktiven Transistors Γ

— Spule 8' — Kapazität 6' über Widerstand 3' — Kapazität 7 über gesperrten Transistor 1 — Spule 'S — Kapazität 6 über Widerstand 3 — Basis (Eingang) des aktiven Transistors 1'.

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 C₆, C₇, C₆, C₇ der Kondensatoren 6, 7, 6', T und die Induktivitäten L₈, L₈' der Spulen 8, 8' erfüllt sind:

1) C₆, C₆ > C₇, C₇ kapazitiver Kurzschluß der Widerstände 3, 3'

2a) positive Wechselstrom-Rückkopplung für verstärkenden Transistor 1:

C' . I ' >* C -I 7 ^^-S 7 ^^-S

2 b) positive Wechselstrom-Rückkopplung für verstärkenden Transistor Γ:
C₁ ■ L₆ > C^- Li

Eine positive Rückkopplung in einer Wechselstromkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem Eingang eines Verstärkers bewirkt die Rückführung einer am Ausgang des Verstärkers auftretenden kleinen Wcchselstromkomponente 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 Rückkopplungsschleife mindestens momentan einen selbstschwingenden Oszillator darstellt, also instabil wird. Dieser Effekt wird nun in der Flip-Flop-Schaitungsanordnung nach F i g. 1 in der Weise ausgenutzt, daß durch abwechslungsweise gegensinnige Veränderung der Kapazitäten C₇, C₇ 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 Γ erfüllt wird.

Falls die Schwingbedingung 2a): C₇ · L₈' > C₁-L₈ erfüllt wird, beispielsweise durch C₇ > C₇ für L₈' = L₈, 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 Wechselstiomkopplungsschleife angeregt wird. Sobald mindestens eine entsprechend gerichtete Halbwelle dieser Schwingung genügend großer Amplitude über den Widerstand 3 und Kondensator 6 den anderen Transistor Γ vom vorher sperrenden Arbeitsbereich in den aktiven, verstärkenden Bereich umsteuert, bleibt dieser neue Zustand erhalten, da der nun aktiv gewordene Transistor Γ 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 de. Transistor 1 nicht mehr verstärkend, sondern sperrend wirkt. Anderseits ist für den nun verstärkenden Transistor Γ die Schwingbedingung nicht erfüllt, so daß der neu erreichte Betriebszustand mit verstärkendem Transistor Γ bis zur gewollten Rücksteuerung in den ersten Zustand stabil bleibt. Diese Rücksteuerung kann dadurch bewirkt werden, daß die Kapazität C₇ verkleinert und gegebenenfalls gleichzeitig die Kapazität C₇ vergrößert wird, bis die Schwingbedingung 2 b): C₇ > C₇ 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 unc Kondensator 6 der vorher aktive Transistor Γ ge sperrt, 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. folgend« Werte haben:

L₈ = Li* ICT⁶H
C₆ = C₆ > 100 pF

C₇ und C₇. gegensinnig veränderbar im Bereich
2 pF bis 10 pF

An sich könnten als veränderliche Kapazitäten C und C₇ zwei Trimmerkondensatoren verwendet wer

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den. die über ein mechanisch bewegliches Betätigungsbzw. Steuerorgan gegensinnig veränderlich sind. Die nur kleinen Kapazitätsänderungen der Kapazitäten C- bzw. C- könnt ·ι aber auch in sehr einfacher Weise dadurch bewirkt werden, daß z. B. gemäß F i g. 2 die Basiselektrode und die Kolkktorelektrode eines Transistors 1 und/oder Γ über Leiter 73 mit je einer Leiterplatte 71 bzw. 72 elektrisch verbunden sind. Die beiden Leiterplatten 71 und 71 liegen nebeneinander in einer Trägerplatte 70 aus Isoliermaterial und haben an sich eine verr.achlässigbare kleine Kapazität, z. B. C₇₀ 5: 1 bis 2 pF. Sofern aber den beiden Leiterplatten eine andere Leiterplatte, z. B. 74, die gemäi F i g. 2 in der um die Achse 76 drehbaren, ebenfalls isolierenden Trägerscheibe 75 eingebettet ist, derart genähert wird, daß diese Leiterplatte 74 die Leiterplatten 71 und 72 mit kleinem Luftspalt überdeckt, wird die Kapazität zwischen den überdeckten Leiterplatten wesentlich größer, z. B. C_7n, ä 10 pF.

Ii. einer anderen Stellung der beispielsweise hin- und herschwenkbaren Scheibe 75 kann deren Leiterplatte 74 entsprechende Leiterplatten (nicht gezeichnet), die als offener Kondensator an den Transistor Γ angeschlossen sind, überdecken. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der momentanen Lage einer mechanisch beweglichen Leiterplatte 74 entweder die Kapazität C-, ihren größeren Wert (10 pF) oder den kleineren Wert (1 bis 2 pF) haben, während jeweils die Kapazität T den kleineren oder den größeren Wert hat. So würden sich in Abhängigkeit von der Stellung der Scheibe 75 zwei verschiedene stabile Zustände ergeben.

a) C₇₀ % 2pF Transistor Γ aktiv. Transistor 1

sperrend
C_7n,* 10 pF

b) C_7m ^; 10 pF Transistor 1 aktiv. Transistor Γ

sperrend
Ct₁ = 2pF

Zwangläufig ist die innere Basiskollektorkapazität C_BK vorf Transistoren, die jeder äußeren Kapazität C₇ bzw. C₇ wirkungsmäßig parallel liegt, in günst'-gem Sinne in Abhängigkeit vom Arbeitsbereich veränderlich. Beispielsweise gilt:

C_8Jtj (Transistor sperrend) % 1 bis 2 pF
Cbju (Transistor aktiv) * 3 bis 4 pF

a) C₇₀ + C_BKs a 2 bis 4 pF
C₇.„+ Cii. *13bisl4pF

b) C_7m+ C_BKa

C₇₁ + Q

_K.

13 bis 14 pF
2 bis 4 pF

Transistor 1'
aktiv.

Transistor 1
sperrend

Transistor 1
aktiv,

Transistor 1'
sperrend

im Bereich 2pF bis 10 pF veränderliche Kapazität C-gemäß F i g. 2 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 I C-^₁ +C_BKs— 2 bis 4pF Transistor Γ aktiv j C^_m + C_Bka = 8 bis 9pF

b) Transistor I aktiv 1 C-_m + C_BKa= 13 bis 14 pF Transisitor 1' sperrend | C₇₀ = C_BKs = 6 bis 7 pF

Unter Mitberücksichtigung dieser inneren Kapazitäten C_BJC5 und C_BK„ sind die vorstehend genannten Bedingungen für die allein stabilen Zustände wie folgt zu schreiben:

is Die zur sicheren Ansteuerung eines gewollten Betriebszustandes erforderliche Hysteresis-Eigenschaft gegenüber der Stellung des mechanisch beweglichen Steuerkörpers (Leiterplatte 74). welche ohne die Ausnutzung dieser richtungsgünstigen Abhängigkeit der inneren Kollektor-Basis-Kapazität C_BK eines Transistors von dessen Betriebszustand bei der Ausfuhrungsform nach F i g. 6 nicht gegeben wäre, wird auch bei dieser Vereinfachung gegenüber F i g. 1 gesichert.

Die Ausfuhrungsvarianten nach d<:n F i g. 5 und 7 sehen keine äußeren Kapazitäten 7 bzw. T parallel zu den inneren Basis-Kollektor-Kapazitäten C_BK bzw. C_BK vor. dafür aber eine Veränderlichkeit mindestens einer der Spulen 8. 8' in Abhängigkeit von der momentanen Lage eines beweglichen Steuerkörpers gemäß F i g. 8. wo gegenüber F i g. 2 an Stelle von zwei nebeneinander in einer feststehenden Trägerplatte 70 angeordneten Leiterplatten 71. 72 in einer feststehenden Trägerplatte 80 eine Spule 81 liegt.

deren Induktivität durch überdeckung mit einer Leiterplatte 84 in der beweglichen Sc.eibe 85 wesentlich vermindert wird (Wirbelstromeffekt). Falls an Stelle einer Leiterplatte 84 in der beweglichen Scheibe 85 ein Steuerkörper aus ferromagnetischcm Material.

z. B. ein Ferritstäbchen, verwendet würde, ergäbe sich in der Uberdeckungslage eine Vergrößerung der Spuleninduktivität.

Durch die Veränderung mindestens einer der Spuleninduktivitäten L₈, L_s' gemäß F i g. 8 ergeben

sich dieselben Möglichkeiten zur berührungslosen Ansteuerung der Betriebszustände einer Flip-Flop-Schaltung nach F i g. 5 und 7 in Abhängigkeit von der Stellung eines mechanisch beweglichen Steuerkörpers, wie an Hand der F i g. 1 und 6 beschrieben worden ist, je nachdem, welche von folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Zustand a: Transistor 1 sperrend. Transistor 1' aktiv

Wenn man z. B. gemäß der Ausfuhrungsvariante gemäß F i g. 6 die dem ersten Transistor 1 zugeordnete

C'_BKa . L₈ großer Wert
Cfljcs ^8 kleiner Wert

und/oder

Zustand b. Transistor 1 aktiv. Transistor Γ sperrenc

£» C_BKa L₈ kleiner Wert ,

— > : T? „ „, und/oder
L₉ C_BKs L₈ großer Wert

Die in F i g. 3 dargestellte Flip-Flop-Schal'.unj unterscheidet sich von denjenigen nach Fig. 1. f 6. 7 dadurch, daß jedem der Transistoren ein über trager 9 bzw. 9' mit zwei Wicklungen 91, 92 bzw 9Γ, 92' zugeordnet ist Die einen Enden beider über tragerwicklungen sind gemeinsam an die Basis de zugeordneten Transistors 1 bzw. Γ angeschlosser

11 12

Das zweite Ende jeder Wicklung 91 bzw. 91' ist lungskondensator als Wcchselstromkopplungsschleife

über einen Widerstand 10 bzw. 10' mit dem Kollek- zugeordnet werden muB.

tor des zugeordneten Transistors 1 bzw. Γ verbun- Mindestens den in Fig. 1, 5, 6, 7 dargestellten

den, Ausführungsbeispielen ist folgende günstige Eigen-

Jede Wicklung 92 bzw. 92' ist hinter dem Wider- 5 schaft der Unempfindlichkeil für Störungen, die sich

stand 3' bzw. 3 des Gleichslrompfades vom anderen beispielsweise auf beide Verstärkerelemente gleich-

Transistor 1 bzw. Γ her eingeschaltet. sinnig auswirken, gemeinsam.

Die Gegeninduktivitäten L₁₂ bzw. L,'₂ zwischen Sobald für ein Verstärkerelement, das im inaktiven, den beiden Wicklungen 91, 92 bzw. 91 ',92' der über- differentiell verstärkenden Arbeitsbereich betrieben trager 9 bzw. 9' sichern bei genügend hohem Wert io wird, durch entsprechende Beeinflussung mindestens die positive Wechselstromkopplungsbedingung vom einer der phasendrehenden Impedanzen seiner Kollektor zur Basis des zugeordneten, d. h. die zugeordneten Wechselstromkopplungsschleife die Schwingbedingung für einen Transistor. Sie kann Schwingbedingung bzw. Instabilitätsbedingung ergemäß F i g. 4 durch Einschieben einer auf der Welle füllt wird, erfolgt die Umsteuerung in den anderen 94 drehbaren Metallplatte 93 zwischen die Spulen 15 Betriebszustand, in welchem das vorher im aktiven 91, 92 bzw. 9Γ, 92' des einen oder anderen Über- Arbeitsbereich betriebene Verstärkerelement gesperrt tracers 9 bzw. 9' aufgehober, werden. Wenn die wird. Für das andere, nun im aktiven Arbeitsbereich positive Kopplungsbedingung durch der übertrager 9 betriebene Verstärkungselement ist aber zwangläufig für den einen Transistor 1 erfüllt ist und für den die Schwingbedingung nicht erfüllt, weil nur eine anderen Transistor Γ nicht, so ist der leitende Zu- 20 dieser Schwingbedingungen, z. B. Lg · C₇ > L₈ · C₇. stand des Transistors Γ unstabil, und umgekehrt. und nicht zugleich auch die andere, Lg · C₇'< L₈-C₇, Es kann also durch Verstellung der beweglichen durch ein und dieselbe momentane Wertkombination Leiterplatte in den einen oder anderen der über- der phasendrehenden Impedanzen L_R, L₈', C₇, C₇ trager der eine oder andere Betriebszustand der Flip- erfüllt sein kann.

Flop-Schaltung von F i g. 3 erzwungen werden, wie 25 Wenn nun also die Schwingbedingung gewollt

das für die anderen Beispiele erläutert worden ist. für das eine Verstärkerelement, z. B. den Transistor 1.

Es ist leicht verständlich, daß einer Mehrzahl erfüllt worden ist, so kann, solange die entsprechende von erfindtingsgemäßen Flip-Flop-Schaltungen meh- Wertkombinalion der phasendrehenden Impedanzen rere, auf einer gemeinsamen, z. B. drehbaren oder nicht wieder gewollt zurückveränderi wird, die beverschiebbaren Trägerplatte angeordnete Steuerkörper 30 treffende Flip-Flop-Anordnung nur in dem einen zur Veränderung einer phasendrehenden Impedanz stabilen Betriebszustand verbleiben, in welchem das durch Annäherung bzw. Entfernung eines solchen Verstärkerelement z. B. der Transistor Γ, fui welches beweglichen Steuerkörpers an das entsprechende die Schwingbedingung nicht erfüllt ist, im aktiven Impedanzglied zugeordnet werden können. Es ist Bereich betrieben wird. Jede momentane Störung, so möglich, ähnlich wie bei entsprechenden Schal- 35 welche an :.ich eine Umsteuerung der Flip-Floptungsanordnungen mit beweglichen Schaltkontakten Anordnung aus diesem einen stabilen Betriebszustand zu einer aus einer Mehrzahl von diskreten Stellungen bewirken könnte, führt zum instabilen Betriebsder Trägerplatten eine vorbestimmte Zustandskombi- zustand, wodurch sofort wieder der eine stabile nation aller Flip-Flop-Anordnungen zuzuordnen Betriebszustand erreicht wird. te nach der momen-

Es sind nicht nur einfache Transistoren, sondern 40 tanen Lage des beweglichen Steuerkörpers zur Beauch Transistorkombinationen bzw. integrierte Ver- einflussung der momentanen Wertkcmbination dei stärker als Verstärkerelemente zur Realisierung der phasendrehenden Impedanzen wird also der eine Erfindung verwendbar, wobei unter Umständen jedem oder der andere Betriebszustand der Flip-Flopintegrierten Verstärker nur ein veränderlicher Kopp- Anordnung mit Sicherheit erzwungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Bistabile Flip-Flop-Schaltungsanordnung mit zwei kreuzweise gleichstrommäßig gekoppelten Verstärkerelementen, vorzugsweise Transistorstufen, von denen in jedem der beiden stabilen Betriebszustände das eine in einem aktiven, differentiell verstärkenden Arbeitsbereich leitend und das andere in einem inaktiven nicht verstärkenden Bereich betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Verstärkerelemente (1,1') eine Wechselstrom-Koppelungsschleife mit mindestens einer veränderbaren phasendrehenden Impedanz (7, 8, 9; 7\ 8', 9') zwischen seinem Ausgang und seinem Eingang zugeordnet isi und daß Kopplaigskomponenten (3, 6, 7, 8. 9, 10; 3', 6'. 7', 8', 9', 10 ) zusammen mit jenem der beiden Verstärkerelemente (z. B. 1), welches im aktiven, verstärkenden Bereich leitend ist, einen Schwingkreis bilden, dessen Schwingung einsetzt, sobald eine vorbestimmte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen (7, 8, 9; Ύ 8', 9') erreicht wird, und daß beim Einsetzen der Schwingung das jeweils vorher im aktiven, verstärkenden Bereich leitende Verstärkere'ement (z. B. 1) zwangläufig aus diesem Bereich gebracht und dafür das andere Verstärkereleinent (ζ. Β. Γ) im verstärkenden Bereich leitend wird unü die Γ'.ϊρ-Flop-Schaltungsanordnung im neu erreichten Betriebszustand verharrt, bis eine andere vorbestirc nte Wertkombination der veränderbaren Impedanzen (7, 8, 9: 7', 8', 9') erreicht wird, welche die Rückschaltung in den ersten Betriebszustand auslöst.

2. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kopplungskomponenten (8, 8') der beiden Wcchselstromkopplungsschleifen auch Kopplungselernente der beiden Verstärkungselementen (1, Γ) gemeinsamen Gleichstromkopplungsschleifen (1, 8. 3, Γ, 8', 3') sind.

3. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die als mechanisch steuerbare, mit mindestens einem mechanisch beweglichen Steuerkörper versehene Schaltungsanordnung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Steuerkörper (7i, 34) in einer seiner Lagen durch berührungslose Finwirkung auf eine der phasendrehenden Impedanzen (7, 8, 9) einer der Wechselstromkopplungsschleifen in dieser die Sclbstschwingbedingung ändert (F i g. 2. 4, 8).

4. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Steuerkörper eine Leiterplatte (74, 84) ist, die bei Annäherung bzw. Entfernung den Wert einer phasendrehenden Impedanz (7. 8. 9) zur Erfüllung bzw. Nichterfüllung der Selbstschwingbedingung beeinflußt.

5. Flip-Flop-Schaitungsanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Steuerkörper (74, 84) in seiner einen Lage die Selbstschwingbedingung in einer der Wechselstromkopplungsschleifen und in einer anderen Lage in der anderen Wcchselstromkopplungsschlcifc erfüllt.

6. Flip-Flop-Schaltunpsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, auf einem gemeinsamen, beweglichen Träger (75)

befestigte Steuerkörper (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, daL zur Uberdeckung von zwei nebeneinander angeordneten, zusammen einen offenen Kondensator bildenden Metallplatten (71, 72) eine an einem relativ zu diesen Metallplatten (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 (911,92) zur Veränderung ihrer Gegeninduktivität ein an einem relativ zu den Spulen (91, 92) bewegbaren Träger (94) angeordneter Steuerkörper (93) versteilbar ist und aus dieser wirksamen Lage in eine unwirksame Lage verstellbar ist (Fig. 4).

9. Flip-Flcp-Schaltungsanordnung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper eine metallische Leiterplatte (93) ist.

10. Flip-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) befesngter Steuerkörper (84) verstellbar ist und aus dieser wirksamen Lage ir» eine un wirksame Lage verstellbar ist (F i g. 8).

11. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, Jadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper eine metallische Leiterplatte (84) ist.