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Elektrischer Zeitgeber Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Zeitgeber, der durch einen Steuer impuls von einem stabilen in einen metastabilen
Zustand überführbar ist und nach Ablauf einer einstellbaren Zeit selbsttätig in
seinen stabilen Zustand zurückkippt, wobei im instabilen Zustand am Ausgang des
Zeitgebers ein von dem Ausgangssignal des stabilen-.Zustandes abweichendes Signal
auftritt.
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Ein solcher elektrischer Zeitgeber, auch Zeitstufe genannt, ist unter
der Bezeichnung monostabi.le Kippstufe oder monostabiler Multivibrator in die Literatur
eingegangen. Eine bekannte monostabile Kippstufe weist zwei miteinander gekoppelte
npn-Transistoren auf, wobei das eine Koppelglied vom Kollektor des Eingangstransistors
zur Basis des Ausgangstransistors als Widerstand und das andere Koppelglied vom
Kollektor des Ausgangstransistors
zur Basis des Eingangstransistors
als Kondensator ausgebildet ist. Zwischen diesem Koppelkondensator und der Basis
des Eingangstransistors ist noch eine Diode eingeschaltet. Der Verbindungspunkt
von Diode und Kondensator ist über einen veränderbaren Widerstand an die Versorgungsleitung
gelegt. Im stabilen Zustand ist der Eingangstransistor leitend und der Ausgangstransistor
voll gesperrt, und am Ausgang der Kippstufe tritt ein positives Signal auf. Wird
die Basis des Eingangstransistors durch einen negativen Impuls angesteuert, so sperrt
der Eingangstransistor und der Ausgangstransistor wird leitend, die Kippstufe springt
in ibren metastabilen Zustand um, wobei am Ausgang der Kippstufe das Signal O oder
ein negatives Signal erscheint. Dieser metastabile Zustand wird solange beibehalten,
bis der Kondensator über den veränderbaren Widerstand soweit positiv aufgeladen
ist, daß über die Sperrdiode eine positive Spannung an der Basis des Eingangstransistors
auftritt. Dann schaltet diese durch und der Ausgangstransistor wird gesperrt, so
daß die Kippstufe ihren stabilen Zustand wieder annimmt und am Ausgang ein positives
Signal auftritt. Die Rückstellzeit der Kippstufe von dem metastabilen in den stabilen
Zustand ist durch die aus dem veränderbaren Widerstand R und dem Kondensator C gebildete
Zeitkonstante
bestimmt. Diese Zeitkonstante läßt sich in einfacher
Weise dadurch ändern, daß der Widerstandswert geändert wird. Der Zeitabstand von
dem Auftreten eines 0- oder negativen Signals im metastabilen Zustand der Kippstufe
bis zum Auftreten eines positiven Signals im stabilen-Zustand der Kippstufe, die
sogenannte Zykluszeit, ist somit willkürlich einstellbar.
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Bei dieser so aufgebauten monostabilen Kippstufe ist jedoch zu beachten,
daß für den Fall, in welchem während des metastabilen Zustandes der Kippstufe der
die Zykluszeit bestimmende Widerstand geändert wird, die Zykluszeit sich unmittelbar
mit ändert. Für besondere Anwendungszwecke ist es jedoch wünschenswert, daß die
ZTZkluszeit des Zeitgebers vor Anlegen eines Impulses am Eingang des Zeitgebers
durch einen Einsteller festgelegt ist und während der metastabilen Phase des Zeitgebers
durch Betätigen des Zykluszeiteinstellers nicht mehr geändert werden kann. Die während
der Zykluszeit vorgenommene Änderung des Zykluszeiteinstellers soll erst die Zykluszeit
bei erneutem Betätigen des Zeitgebers beeinflussen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen
Zeitgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Zykluszeit in mindestens
zwei festen Werten
veränderbar ist, wobei die Zykluszeit mittels
eines Einstellers vor Anstoß des Zeitgebers vorgebbar und während der Tätigkeit
des Zeitgebers, d.b. während seiner metastabilen Phase trotz Betätigen des Einstellers
nicht veränderbar ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst,
daß der Zeitgeber einen Miller-Integrator mit einer bei impulsförmiger Eingangsspannung
sägezahnförmigen Ausgangsspannungscharakteristik aufweist, zu dessen Ausgang ein-
venderbarer Widerstand parallelgeschaltet ist.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung enthält der Zeitgeber
einen Transistorverstärker in Darlington-Schaltung, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke
des Ausgangstransistors über einen Kollektor-Widerstand an der Versorgungsspannung
angeschlossen ist, die Basis des Eingangstransistors über einen Kondensator mit
dem Kollektor des Ausgangstransistors und über einen weiteren Widerstand mit dem
dem Kollektor abgewandten Anschluß des Kollektorwiderstandes verbunden ist und der
Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangs transistors mindestens eine Reihenschaltung
aus einem Schaltkontakt und einem Widerstand parallelgeschaltet ist.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag kann in einfacher
Weise der Zeitgeber dadurch in Tätigkeit gesetzt werden, daß die Basis des Eingangstransistors
über einen Schaltkontakt an den positiven oder negativen Pol der Gleichspannungsquelle
kurzzeitig anschließbar ist.
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Ist der Darlingtonverstärker aus npn-Transistoren auf gebaut, so ist
die Basis des Eingangstransistors an den negativen Pol und im Falle, daß der Darlingtonverstärker
aus pnp-Transistoren aufgebaut ist, ist die Basis des Eingangstransistors an den
positiven Pol der Gleichspannungsquelle anzuschließen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Zeitgeber kann durch Schließen des dem Ausgang
des Zeitgebers parallelliegenden Schalters die Zykluszeit vorgewählt und durch kurzzeitiges
Einlegen des Schalters an seinem Eingang kann der Zeitgeber in Tätigkeit gesetzt
werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den schaltungstechnischen
Aufbau des erfindungsgemäßen Zeitgebers dargestellt.
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Der Zeitgeber ist im wesentlichen ein Miiler-Integrator, an dessen
Ausgang A eine sägezahnförmige Spannung auftritt,
wenn sein Eingang
E kurzzeitig mit einer impulsförmigen Spannung angesteuert wird. Der Miller-Integrator
besteht aus einem Transistorverstärker 1 in Darlington-Schaltung, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke
des ersten Transistors 2 der Kollektor-Basis-Strecke des zweiten Transistors 3 parallelgeschaltet
ist und die Basis des ersten Transistors 2 mit dem Eingang E des Integrators verbunden
ist. Die Kollektor-EmitLer-Strecke des zweiten Transistors 3 ist in Reihe mit einem
Kollektor-Widerstand 4 der Gleichspannungsquelle 5 für die Stromversorgung des Integrators
parallelgeschaltet.
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Die Basis des ersten Transistors 2 ist über einen Kondensator 6 mit
dem Kollektor des zweiten beziehungsweise ersten Transistors und über einen weiteren
Widerstand 7 mit dem Kollektor-Widerstand 4 beziehungsweise mit dem Pluspol der
Spannungsquelle 5 verbunden. Der Verbindungspunkt der Transistoren 2 und 3 ist mit
dem Ausgang A des Miller-Integrators verbunden. An den Ausgang ist die Reihenschaltung
eines Widerstandes 8 und eines Schalters 9 derart angeschlossen, daß diese Reihenschaltung
der Kollektor-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 3 parallel liegt. Zum Einschalten
des Miller-Integrators ist sein Eingang, d.h. die Basis des ersten Transistors 2
über einen zweiten Schalter lo mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 5
verbunden.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist wie folgt:
Im stabilen Zustand des Integrators, d.h.
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bei geöffnetem Schalter lo liegt die Basis des ersten Transistors
2 über dem Widerstand 7 am positiven Potential, so daß der Verstärker 1 durchgesteuert
ist und der Ausgang des Integrators mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle
verbunden ist. Am Ausgang erscheint das Null-Signal. Durch Betätigen des Schalters
9 wird die Zykluszeit des Miller-Integrators, d.h. die Zeit vom Erscheinen eines
positiven Signals am Ausgang A bis zum Wiederauftreten des Null-Signals am Ausgang
A vorgewählt.
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Zunächst bleibe der Schalter 9 geöffnet. Durch Schließen des Schalters
lo wird die Basis des Transistors 2 an ein negatives Potential gelegt, wodurch der
Verstärker schlagartig sperrt. Am Ausgang A des Miller-Integrators erscheint ein
positives Signal. Während des kurzzeitigen Schließens des Schalters lo lädt sich
der Kondensator 6 über den Widerstand 4 dergestalt auf, daß seine mit den Kollektoren
der Transistoren verbundene Platte das obere und seine mit der Basis des ersten
Transistors 2 verbundene Platte das untere Potential der Gleichspannungsquelle annehmen.
Die Aufladezeit des Kondensators 6 ist sehr kurz, da der Widerstand 4 einen sehr
kleinen Widerstands -wert aufweist. Nachdem der Schalter lo wieder geöffnet ist,
entlädt sich der Kondensator 6. Wenn das Potential an der
mit der
Basis des ersten Transistors 2 verbundenen Kondensatorplatte das Potential am Emitter
des zweiten Transistors 3 übersteigt, beginnt der Verstärker 1 leitend zu werden.
Mit zunehmender Entladung des Kondensators 6 steuert der Verstärker 1 auf, bis der
Transistor 3 voll geöffnet ist und am Ausgang A des Miller-Integrators wieder das
Signal 0 erscheint. Die Zeit von Beginn des Leitendwerden des Verstärkers bis zum
völligen Öffnen des Transistors 3 ist bei hoher Stromverstärkung des Verstärkers
bestimmt durch den Widerstandswert des Widerstandes 7 und der Kapazität des Kondensators
6. Da die Aufladezeit des Kondensators 6 vernachlässigbar klein ist, ist die Zykluszeit
des Miller-Integrators dieser Zeit in erster Näherung gleichzusetzen.
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Ist vor oder während Betätigung des Schalters lo der Schalter 9 geschlossen,
so wird sich bei dem kurzzeitigen Einlegen des Schalters lo der Kondensator 6 nicht
auf die Spannung der Gleichspannungsquelle 5 aufladen, sondern auf eine/ um das
Teilerverhältnis der Widerstände 4 und 8 verminderte Teilspannung. Die Entladung
des Kondensators 6 nach Öffnen des Schalters lo geht infolge seiner geringeren Ladung
wesentlich schneller vor sich, so daß die Zeit vom Sperren des Transistors 3 bei
Einlegen des Schalters lo (Auftreten eines positven Signals am Ausgang A des
Miller-lntegrators)bis
zum völligen Durchschalten des Transitors -3 (Auftreten des Null-Signals am Ausgang
A des Miller-Integrators), also die Zykluszeit des Integrators, wesentlich verkürzt
ist.
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Bei der vorstehend beschriebenen Schaltanordnung wird ein Schließen
oder Öffnen des Schalters 9 während der Phase, in welcher sich der Integrator in
seinem metastabilen Zustand befindet, keinen Einfluß auf die Zykluszeit haben, da
diese bestimmt ist durch die Aufladespannung des Kondensators 6, die wiederum dadurch
bestimmt ist, ob im Zeitpunkt des Einlegens des Schalters lo, genauer gesagt während
der vernachlässigbaren kurzen Zeit zur Aufladung des Kondensators 6, der Widerstand
8 dem Transistor 3 ;parallelgeschaltet ist oder nicht, also der Schalter gescblossen
oder geöffnet ist.
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Um eine größere Variationsbreite im Verändern der Zykluszeit zu erreichen,
können mehrere Reihenschaltungen aus Widerständen und Schaltkontakt an dem Ausgang
angeschlossen sein, oder der Widerstand 8 kann als veränderbarer Widerstand ausgebildet
sein.
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Sollen anstelle der npn-Transistoren 2 und 3 der Darlinton-Verstärker
aus pnp-Transistoren aufgebaut werden, so ist
lediglich die Polarität
der Gleichspannungsquelle 5 zu ändern.