DE2353413A1 - Festkoerperschaltersteuerschaltung - Google Patents

Description

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Doling. H. Hauck Dip!. Rhys. W. Schmitz

Dipl. lüg. E. Graälfs

Dipf. Ing. W. Wehnsrt

2 Hamburg 36

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Festkörperschaltersteuerschaltung

Auszug ^

Die Erfindung richtet sich auf eine lestkörperschaltersteuerschaltung mit einer pulsierenden Spannungsquelle und einer Schalterschaltung. Ein sättigbarer, geschlossener magnetischer Kern ist mit Ansteuer- und Abfrageleitungen versehen, die zur pulsierenden Sp annungs quelle und zur Schalt er schaltung ■verbunden sind. Betätigungssignale werden zur Schalterschaltung gekoppelt, wenn der Magnetkern genügend magnetisch entsättigt ist und eine transformatorisehe Kopplung zwischen den Ansieuer- und Abfrageleitungen bewirkt. Ein Zeitverzögerungssignal wird am Clock-Eingangsanschluß der Schalterschaltung vorgesehen, um in Zusammenarbeit mit den Eingangs signal en die Schalterschaltung nur dann zu Betätigen, wenn synchronisierte Impulse am Eingang vorliegen. Ein Rückkoppelungswiderstand ist zwischen dem Ausgang der Schalterschaltung und deren Eingang vorgesehen um die Schalterschaltung in ihrem geschalteten Zustand zu halten bis ihre Eingartgssignale unter eine Minimal spannung fallen,

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ORlGlNALtNSPECTED

die erheblich, kleiner ist als die Betätigungsspannung, wodurch eine elektronische Hysterese geschaffen wird.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Festkörperschalter und insbesondere Festkörperschaltersteuex'schaltungen mit toroidförnigen Magnetkern und zugeordneten Ansteuer- und Abfrageleitungen.

Die jüngste Entwicklung von Festkörperschaltern des Typs mit geschlossenen Magnetkern und diesen zugeordneten beweglichen Magneten hat die Zuverlässigkeit von Schaltiunktionen, wie sie z. B. in Tastaturen und ähnlichen Anordnungen erzeielt werden, wesentlich verbessert. Die Festkörper schalter enthalten Ansteuer- und Abfrageleitungen, die.durch den Magnetkern verlaufen und zusammen mit diesem · als Transformator arbeiten, wenn die Magnetkerne in ungesättigtem Zustand sind. Wenn die Magnetkerne gesättigt sind, findet keine transformatorische Kopplung zwischen der An— Steuer- und der Abfrageleitung statt. Die Magnetkerne können durch geeignete Vorrichtungen, beispielsweise durch kleine Permanentmagnete gesättigt werden, die auf den zugehörigen

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Kern zu bzw. von diesem hinweg beweglich angeordnet s±n. Durch Verschieben der Magnete werden die Magnetkerne ent— sättigt, so daß transformator!sehe Kopplung zwischen der Ansteuer- und der Abfrageleitung stattfinden kann.

Eines der Probleme dieses Typs von Festkörperschaltern, also eines Schalters mit einem Magnetkern, Ansteuer- und Abfrageleitungen und einem beweglichen Magnet, liegt darin, daß es sich um eine Analogvorrichtung handelt. In anderen Worten, wenn der Magnet sich auf den toroidfönaigen magnetischen Kern zu bzw. von diesem weg bewegt, verändert das Ausgangssignal, das auf der Abfrageleitung erhalten wird seine Amplitude als Resultat des Anwachsens der transformatorischen Kopplung. Wenn die Vorrichtung, die durch den Festkörpersehalter gesteuert wird, eine Schalterschaltung wie beispielsweise ein "one-shot"(monostabiler Multivibrator) ist, kann dieser in den geschalteten Zustand getriggert werden¹ als Resultat äußerer Stöigpannungen, die schon während leisester Betätigung des Schalters vorliegen können. Wegen der Störspannungen kann ein Signal über und unter den Triggerpegel des 'bne-shot^Eingangs gebracht werden, wodurch dieser unbeabsichtigt seinen Zustand ändert.

Zweck der Erfindung ist es, eine verbesserte Festkörperschalter-

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steuerschaltung zu schaffen, die Festkörperschalter des
■beschriebenen Typs nutzbar machen kann ohne den nachteiligen Effekt,-daß das Rauschen eine ungewollte Betätigung einer angeschlossenen externen Schalterschaltung bewirkt.

Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Festkörperschaltersteuerschaltung, die eine genügende elektronische Hysterese zur Beseitigung ungewollter Betätigung der angeschlossenen externen Schalterschaltung liefert.

Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Festkörperschaltersteuerschaltung, die einfach
und billig herstellbar ist und hohe Effektivität und Zuverlässigkeit im Gebrauch aufweist.

Ein Merkmal der Erfindung ist der Gebrauch einer Schaltung, die einen Signalverzögerungsweg parallel zu dem durch den geschlossenen magnetischen Kern verlaufenden Schaltsignalweg besitzt. Eine Widerstandsrückkopplung ist vom Ausgang einer Flip-Flop-Schaltungpu deren Eingang vorgesehen und bewirkt, daß zum Rücksetzen des Flip-Flops ein abweichender Spannungspegel benötigt wird« Dadurch wird sichergestellt, daß

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die dem Setzeingang des-Flip-Flops zugeführte Spannung ausreichend unter die Betätigungsspannung fallen muß, bevor die Rücksetz-Schwellenspannung erreicht werden kann. Hierdurch wird daher ein elektrischer Hysteresecharakter der Schaltung geschaffen.

Der geschlossene Magnetkern kann in seiner Form zylindrisch, rechteckig oder toroidförmig sein» Bevorzugt wird gegenwärtig die toroidförmige Ausführung. Mehrere andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detailierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Festkörperschaltersteuerschaltung,

Fig. 2 zeigt eine andere'Ausführungsform der erfindungsgemäßen Festkörperschaltersteuerschaltung und

Fig. 3 zeigt ein detailierteres schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2. ' .

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Festkörperschaltersteuer-

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schaltung 10. Die Festkörperschaltersteuerschaltung 10 besitzt eine oszillierende,Spannungsquelle 12, die hier als Oszillatorschaltung mit einem Sinusausgang dargestellt ist. Die Schaltung besitzt außerdem eine Schalterschaltung 13, vorzugsweise einen Flip-Flop, mit einem Schalt-Eingangsanschluß 14 und einem Gloek-Eingangsanschluß 16. Der Ausgang des Flip-Flops 13 ändert seinen Zustand, wenn ein. geeignetes Signal an den. Schalteingang 14 gelegt ist und die Flanke des Clock-Signales einen vorbestimmten Spannungspegel erreicht hat_β Der Glock-Eingangsanschluß macht den Flip-Flop schaltbereit, wenn die angelegte Spannung am Schalteingang positiv ist. Der Flip-Flop wird dann getriggert und ändert seinen Zustand_s wenn die Spannung am Eingangsanschluß oberhalb eines vorbestimmten^Ein-Minimalwertes liegt. Der Flip-Flop kehrt automatisch in seinen Aus-Zustand zurück, wenn der Clock-Eingang getriggert wird und keine Spannung von vorbestimmter Aus-Minimalhöhe am Schalteingangsanschluß 14 liegt.

Ein geschlossaener Magnetkern 17 ist zur Steuerung der Größe des an den Schalt eingangsanschluß 14 angelegten Signales vorgesehen. Der Kern ist toroidförmig dargestellt, kann jedoch auch von anderer Form sein. Der toroidförmige Magnetkern kann

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magnetisch, gesättigt und entsättigt werden durch Bewegung eines in der Nähe angeordneten Permanentmagneten 18« Der Magnet 18 sättigt den Kern 17, wenn er in dessen Nähe steht, so daß durch den Kern keine Signalkopplung stattfindet«, Wenn der Magnet 18 vom toroidförmigen Magnetkern 17 entfernt wird, findet Signalkoppelung statt, und ein Eingangssignal wird an den Eingangsanschluß 14- geligt. Eine Ans teuer leitung 19 führt durch den toroidf örmigen Magnetkern und ist mit einer Verstärkerschaltung 20 verbunden, die das vom Oszillator 12 kommende Signal auf eine für einen Ansteuerstrom geeignete Höhe verstärkte Eine Äbfrageleitung ,. 21 führt außerdem durch den toroidförmlgen Magnetkern und ist mit dem Eingangs ans chluß 14 des Flip-Flops 13 verbunden»

Die Zusammenarbeit der Ansteuer- und Äbfrageleitungen ist im wesentlichen die eines Transformators, d. tu transformatorisobe Kopplung findet statt, wenn der toroidförmige-Magnetkern 17 sich in ungesättigtem Zustand befindet» Die Signalamplitude, die transformatorisch auf die Leitung 21 gekoppelt xuird, hängt ab vom relativen Abstand des Magneten toroidförmigen Magnetkern 17»

Eine Zeitvei'zögerungsvorrichtung 22 ist zwischen der

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ossillierenden Spannungsquelle 12 und der Schalterschaltung 13 angeschlossen als Parallelweg zum Signalweg, welcher durch den toroidförmigen Magnetkern 17 verläuft. Die Zeitverzögerungsvorrichtung 22 enthält vorzugsweise eine Triggerschaltung 23 und eine in Serie angeschlossene Zeitverzögerungsschaltung 24. Die Triggerschaltung 23 kann ein Schmittrigger sein oder eine beliebige andere, geeignete Triggervorrichtung mit einem unteren Schwellenpegel des Eingangs.

Im Betrieb betreibt der Oszillator den Verstärker in einem solchen Maße, daß eine genügend hohe Ausgangsspannung an der durch die Ansteuerleitung 19 gebildeten Primärwicklung liegt. Diese Spannung wird auf die durch die Abfrageleitung 21 gebildete Sekundärwicklung induziert, wenn der toroidförmige Magnetkern 17 sich in ungesättigtem Zustand befindet. Wenn der Kern gesättigt ist, sinkt die Spannung au f Null und es wird kein Ausgangssignal erhalten.

Der Ausgang der Oszillatorschaltung 12 ist außerdem mit der Triggerschaltung verbunden, die am Ausgang ein Rechtecksignal erzeugt, das in Phase mit der Sinuswelle ist. Es wird an die Zeitverzögerungsschaltung 24- gelief ert, um die positiven Impulse

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geeignet zu verzögern,·so daß die positiven Flanken erscheinen, wenn die Spannung am Eingang des Flip-Flops 14 ihren Maximalwert besitzt. Jedoch kann die Verzögerungsfunktion auch erhalten werden durch Änderung des Triggerpegels der Triggerschaltung 23·

Die induzierte positive Spannung in der aus der Abfrageleitung 21 gebildeten Sekundärwicklung wird am Eingangsanschluß 14- des Flip-Flops bei positiven Olock-Flanken abgetastet. Wenn die positive Spannung von genügender Größe ist, ändert der Flip-Flop seinen Zustand in einen logischen Ein-Zustand. und liefert ein Rückkoppel signal durch einen Widerstand 26. Dieses Rückkoppelsignal ergibt prellfreien Ausgang und eine elektrische Hysteresecharakteristik der Schaltung. In deijdargesteilten Ausführungsform verläuft das auf der Abfrageleitung 21 gelieferte Signal durch einen Serienwiderstand 27. ■

In ^¹Ig. 2 ist eine andere Ausführungsform der erfindugngsgemäßen Festkörperschaltersteuerschaltung dargestellt, die dort mit $0 bezeichnet ist. Eine pulsierende Spannungsquelle 31 wird, durch einen Clock-Generator gebildet und dient zur Betriebssteuerung einer Schalterschaltung 32. Die Schalterschaltung 32 ist wied.er als Flip-Flop-Schaltung ähiich wie

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- ίο -

in-Fig. 1 ausgeführt. Durch den Gebrauch des Clock·- G-enerators 31 ist es möglich, den Oszillator und den Schmittrigger in Fig. 1 wegzulassen. Die Schalterschaltung 32 besitzt einen Eingangsanschluß 33 und einen Clockeingansanschluß 34, der im wesentlichen wie oben beschrieben arbeitet.

Ein toroidförmiger Magnetkern 36 kann magnetisch gesättigt und entsättigt werden durcn Bewegung eines zugehörigen Permanentmagneten 37· Eine Ansteuerleitung 38 führt durch den toroidförmigen Magnetkern und ist mit einem Ende an einen Verstärker 39 angeschlossen. Ihr anderes Ende ist mit einem Anschlußpunkt 40 verbunden, der zwischen einem Widerstand 41 und einem Kondensator 42 liegt. Eine Abfrageleitung 43 fuhrt ebenfalls durch den toroidförmigen Magnetkern und arbeitet als Sekundärwicklung eines !Transformators, wenn der Kern in magnetisch entsättigtem Zustand ist. Ein Verzögerungsleitungs-Scnaltweg ist in Form einer Verzögerungsschaltung 46 vorgesehen, die parallel zu dem durch den to ro idf örmigen Magnetkern verlaufenden Signalweg angeordnet ist.

Die Flip-HLop-Schaltung 32 ist mit einem Rückkopplungs- Widerstand 47 versehen, der gleichermaßen funktioniert wie der Widerstand 26 in Fjg» 1. Der Verstärker 39 und die

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Zeitverzögerungsschaltung 46 arbeiten miteinander synchronisiert und· liefern Eingangs signale sum Schalteingangsanschluß 33 und zum Clock-Eingangsänschluß 34-· Wenn der Signalpegel am Anschluß 33 τοπ genügender Höhe ist, schaltet der JPlip-Flop in seinen Ein-Zustand, und wenn der Signalpegel unter einen -vorgegebenen Pegel .'fällt schaltet der Elip-Plop automatisch aurück in seinen Aus— Zustand.

Zum bessex^en "Verständnis der Schaltung gemäß Mg. 2 wird-Bezug genommen auf Fig. 3, die eine detailliertere Darstellung der Schaltanordnung liefert. Hier ist die Glockschaltung mit der Bezugsnummer 50 bezeichnete. Sie besteht aus drei Inverterschaltungen 51» 52 und 53ϊ die in Serie verbunden sind, wobei ein Kondensator 54 über dem Inverter 52 vorgesehen ist. Die Zeitve3?zögerungsschältung ist durch 55 bezeichnet und besitzt ein Paar in Serie verbundener Inverterschaltungen 56 und 57» üer Verstärker besteht aus" :■ einem einseinen Transistor 58 und einem Widerstand 59« wobei der Emitter des Transistors mit Masse und der" Kollektor mit dem Schaltungspunfct 40 verbunden ist. Die Ansteuerleitung 38 ist mit dem Schaltungspunkt 40 verbunden und liefert Stromkoppelungs-Ausgangsimepulse_? wenn der Transistor 58 zur Entladung des Kondensators 42 offengehalten wird«,

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Obwohl liier einige spezifische Ausführungsformen dargestellt sind können auch andere Schaltungsanordnungen benutzt werden, ohne die vorliegende Erfindung zu "verlassen.

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Claims (1)

1. AnsOrüche

   mJ Festkörperschaltersteuerschaltung, gekennzeichnet

   durch die folgende Kombination; -

   eine oszillierende Spannungsquelle, eine Schalterschaltung mit einem Schalteingangsanschluß, welche Schalterschaltung in einen geschalteten Zustand überführt werden kann, wenn an dem Schalteingangsanschluß ein Eingangssignal oberhalb eines vorbestimmten Spannungspegels liegt, einen geschlossenen magnetischen Kern, der durch Anwendung eines magnetischen Feldes magnetisch gesättigt und entsättigt werden kann, eine Magnetvorrichtung, die in der Nähe des toroidförmigen magnetischen Kernes angeordnet ist und zum Sättigen und Entsättigen dieses Kernes dient, eine mit der oszillierenden Spannungsquelle verbundene Ansteuerleitung, die durch den toroidförmigen magnetischen Kern führt, eine mit der Schalterschaltung verbundene Abfrageleitung, die durch den geschlossenen magnetischen Kern führt, wobei die Ansteuer- und die Abfrageleitung untereinander eine transformatorische Kopplung vorsehen, wenn der geschlossene Magnetkern sich im ungesättigtem Zustand befindet, und eine Zeitverzögerungsvorrichtung, die zwischen der oszillierenden Spannungsquelle"

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   ■ und der Schalter schaltung vorgesehen ist und einen zu dem durch die Ansteuer- und Abfrageleitungen gebildeten Signalweg parallelen Signalweg darstellt, wobei eine Betätigung der Schalterschaltung nur dann auftritt, wenn der geschlossene Magnetkern genügend entsättigt ist und wenn durch die Zeitverzögerungsvorrichtung ein Impuls an die Schalterschaltung geliefert wird.

   2. Festkörper schalter Steuer schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Spannungsquelle ein Sinuswellen produzierender Oszillator ist und daß die Zeitverzögerungsschaltung eine Triggerschaltung besitzt, die in Serie mit einer Yerzögerungsschaltung verbunden ist, welche eine geeignete Zeitverzögerung an einem Olockeingang der Schalterschaltung erzeugt.

   3. Festkörperschaltersteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkerschaltung in Serie mit der Ansteuerleitung verbunden ist, um dieser ein verstärktes pulsierendes Signal zu liefern.

   M-. Festkörperschaltersteuerschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Spannungsquelle einen Clock-Impuls-Generator besitzt _t der Recht eckwell en-

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   signale an seinem Ausgang erzeugt, die an die insterleitung und an' den Eingang der Zeitverzögerungsleitung gelegt werden.

   5. ·Pestkörperschaltersteuerschaltung nach .Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,; daß mit der Ans teuer leitung ein
   Kondensator verbunden ist und daß die Signalkopplung
   zwischen der Ans teuer leitung und der Abfrägeleitung
   beim Entalden des Kondensators erfolgt.

   6. Festkörperschaltersteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter schaltung aus einer Flip-Flop-Schaltung besteht, welche einen Rückkopplungswiderstand besitzt, der zwischen ihrem Ausgang und dem Schalteingangsanschluß angeschlossen ist zur Erzeugung einer Terriegelungsspannung am Eingang des Flip-Flops, wodurch die an diesen angelegte Spannung wesentlich, unter die zur Betätigung angelegte Spannung fallen muß_s bevor der Flip-Flop rückgesetzt wird.

   7ο FestkörperschalterSteuerschaltung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene magnetische Kern toroidförmig ausgebildet ist«, -

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