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Schaltungsanordnung mit einer monostabilen Kippstufe Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer monatabilen Kippstufe.
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Bei vielen technischen Aufgaben ergibt sich die Forderung, daß durch
einen Auslöseimpuls ein Zeitglied von seinem stabilen in einen labilen Zustand gebracht
wird, aus dem es nach einer bestimmten Zeit wieder in seine Ausgangslage zurückkippt.
Mit herkömmlichen monostabilen Kippschaltungen ist es jedoch nicht möglich, das
Zeitglied auch wahrend des Ablaufes seiner Kippzeit oder seiner Laufzeit durch einen
neuerdings am Eingang ankommenden Auslöseimpuls so zu beeinflussen, daß vom Zeitpunkt
dieses zweiten
Auslöseimpulses nochmals die gesamte oder doch annähernd
gesamte Laufzeit des Zeitglieds abläuft.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu
beseitigen, und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der durch einen weiteren,
während der bereits ausgelösten Laufzeit ankommenden Auslöseimpuls diese bereits
abgelaufene Laufzeit nocheinmal um die gesamte oder wenigstens angenähert gesamte
Laufzeit des Zeitgliedes bzw. der Schaltungsanordnung verlöngert wird.
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Dieses Problem wird gemäß der Erfindung unter Verwendung einer monostabilen
Kippstufe dadurch gelöst, daß an die Kippstufe mindestens eine weitere Zeitstufe
angekoppelt ist, die einen Ladekondensator aufweist, der während der Impulszeit
der Kippstufe voll aufladbar ist, um sich nach Ablauf deser Impulszeit zu entladen,
so daß also während dieser Entladezeit die weitere Zeitstufe ebenfalls einen Zeitimpuls
liefert, und da3 die die Zeitimpulse fbhrenden Ausgänge der einzelnen Stufen über
Dioden miteinander verbunden sind.
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Dadurch kommt es zu einer Addition der einzelnen Zeitstufen. Die Impulszeit
der ersten Kippstufe kann nun sehr klein gemacht werden, so daß unmittelbar danach,
wenn diese Impugzeit abgelaufen ist weitere, am Eingang der Kippstufe ankommende
Auslöseimpulse Uber die Kippstufe erneut die Aufladung des oder der Ladekondensatoren
der folgenden Zeitstufen bewirken und damit einen erneuten Ablauf der aus der Summe
der einzelnen Impulszeiten der nachfolgenden Zeitstufen bestehenden Gesamtlaufzeit
erreichen. Wichtig ist nur, daß während
der gegenüber der Impulszeit
der nachfolgenden Zeitstufen möglichst klein zu haltenden Impulszeit der Kippstufe
der Ladekondensator der-ersten nachfolgenden Zeitstfe voll aufladbar ist, daß also
seine zur Aufladung erforderliche Erholzeit möglichst kleiner aber höchstens gleich
der Impulszeit der Kippstufe ist.
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Wie bereits erwähnt, können im Rahmen der Erfindung mehrere Zeitstufen
der ersten Kippstufe nachgeschaltet sein, wobei die Ausgänge der einzelnen Stufen
miteinander disjunktiv verknöpft sind, so daß sich ihre Impulszeiten an einem gemeinsamen
Ausgang der Schaltungsanordnung addieren. Zur Impuls versteilerung empfiehlt es
sich, daß mindestens eine der nachgeschalteten Zeitstufen eine Rückkopplung aufweist,
oder daß dem gemeinsamen Ausgang eine Signalformerstufe nachgeschaltet ist. Um bei
der Übernahme des Impulses von der einen auf die nachfolgende Zeitstufe am Ausgang
einen etwa bei Transistoren mit großen Schaltzeiten möglichen kurzen Signaleinbruch
zu vermeiden, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, daß ein Parallel~
kondensator an dem gmeinsamen Ausgang bzw. am Eingang einer nachfolgenden Signalformerstufe
vorgesehen ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1: ein Impulsdiagramm einer herkömmlichen monostabilen
Kippschaltung,
Fig. 2: ein durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
erzielbares Impulsdiagramm, Fig. 3: eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
und Fig. 4: eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3.
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In Fig. 1 ist ein Impulsdiagramm einer herkömmlichen monstabilen Kippschaltung
aufgetragen. Durch den Auslöseimpuls J10 wird die Kippstufe in den labilen Zustand
gebracht und kippt nach der Laufzeit t1a wieder in den stabilen Zustand zurück.
Danach folgt eine "Erholzeit" t2a. In der Zeit t1a bleiben alle Auslöseimpulse (J2
) unwirksam. Impulse (J3a) , die während der "Erholzeit" t2 ankommen, bewirken zwar
eine triggerung der Kippschaltung, aber die nachfolgende Laufzeit der Stufe erreicht
nicht die volle Länge.
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Erst Auslöseimpulse, die J1a in einem Abstand von t1a + t2a folgen
bewirken wieder Laufzeiten mit der vollen Länge.
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In Fig. 2 ist ein Impulsdiagramm der in Fig. 3 gezeigten monostabilen
Schaltungsanordnung gezeichnet. Durch den Auslöseimpuls lb wird die Kippstufe in
den labilen Zustand gebracht und kippt nach der Laufzeit tib wieder in stabilen
Zustand zurück, wenn zwischenzeitlich keine neuen Auslöseimpulse ankommen. Der Unterschied
zu den herkömmlichen monostabilen Kippstufen besteht nämlich darin, daß nur die
in der Zeit t2b ankommenden Auslöseimpulse (J2b) unwirksam sind, während alle Impulse,
die dem vorigen Impuls in einem
Abstand > t2b folgen, wieder
eine volle Laufzeit hervorrufen. Die Zeit t2b kann bei günstiger Auslegung der Schaltung
im Verhältnis zu ib sehr klein gehalten werden und somit wird der Fehler der Laufzeit
bei einem Auslöseimpuls, der am Ende von t2b ankommt sehr klein.
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Ein solches Impulsdiagramm wird mit der Schaltung gemäß Fig. 3 erreicht.
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Die Transistoren T1 und T2 bilden mit dem Kondensator C4, der Diode
D4 und den Widerständen R4 - R12 einen monostabilen Multivibrator. Daran ist ein
Zeitglied bestehend aus T3, C5, D5, R03 - R16 angekoppelt. Die Dioden D6 und D7
dienen zur Entkoppelung von T2 und T3. Die dynamischen Eingänge bestehen aus C1
- C3, D1 - D3, R1 - R3. Am Ausgang liegt ein Belastungswiderstond RL Im stabilen
Zustand ist T2 über R9 und D4 sowie T3 Uber R14 und D5 durch steuert. T1 ist gesperrt,
da T2 durchgesteuert ist. Der Kondensator C4 ist auf die Spannung UB1 - UEB T2 vF
D4 (UEB T2 = Emitter - Basis - Durchlaßspannung; UF D4 = DurchlaBspannung von D4)
aufgeladen. Der Kondensator C5 hat keine Ladung, da T2 durchgesteuert ist. Da T2
und T3 durchgesteuert sind, liegt am Ausgang A das Potential O V.
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Kommt nun an einen der Eingänge El - E ein positiver Auslöseimpuls,
so wird n der bisher gesperrte Transistor T1 geöffnet und an die Anode von D4 kommt
Uber C4 negatives Potential gegenüber 0 V. T2 wird somit gesperrt, hölt T1 Uber
R5 geöffnet und bringt Uber D6 positives Potential an A. Gleichzeitig wird C5 Uber
R11, R13, D5 und die Basis von T3 aufgeladen. Der Widerstand
R13
ist nötig, damit beim ersten Ladestoß Uber C5 die Spannung zwischen R11 und R12
nicht so weit absinkt, daß Uber R5 kein RUckkopplungsstrom fließen kann und an A
kein auswertbares Signal entsteht.
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Der Zustand : Ii geöffent - T2 gesperrt - T3 geöffnet, bleibt so lange
erhalten, bis C4 Uber R9 so weit umgeladen ist, daß T2 Uber R 9 und D4 wieder öffnet
und T1 somit gesperrt wird. Seit dem Auslöseispuls ist bisher die Zeit t2b abgelaufen.
Dadurch, daß nach Ablauf von t2b der Transistor T2 öffnet, kommt Uber den wdhrend
t2b aufgeladenen Kondensator C5 negatives Potential an die Anode von D5 und T 3
wird somit gesperrt. Am Ausgang A bleibt das positive Potential, das wöhrend t2b
Uber D6 anliegt wurde, nun Uber D7 so lange erhalten bis C5 Uber R14, R13, R12,
T2 umgeladen ist (t3b) und an der Anode von D5 positive Spannung entsteht und T3
Uber R14, D5 durchgesteuert wird.
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Kommt im Zeitintervall t3b, also um mindestens t2b spater als der
erste Impuls, ein zweiter Auslöseiipuls, so wird T1 wieder durchgesteuert, T2 voll
aufgeladen, so daß nach Ablauf von t2b T3 über C5 gesperrt (über D6 positives Potential
an A) und 5 wieder die volle Zeit gesperrt wird und Uber D7 an A wieder positives
Potential liegt.
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Es ist somit erreicht, daß auch Impulse, die innerha-lb von t3b ankommen,
am Ausgang A ein weiteres volles Zeitintervall von T1b = T2b + T3b bewirken, gerechnet
vom Zeitpunkt ihrer Ankunft.
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Folgt ein Auslöseimpuls dem vorigen in einer Zeit von C t2br so bleibt
dieser unwirksam.Die Zeit, die vom Eintreffen eines am Ende von t2b ankoaber 2b
menden Impulses ablauft, ist somit nur t3b. Da t2bisehr klein gehalten
werden
kann, ist auch der Fehler klein.
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Die Zeit (t2b) des Multivibrators, der von T1 T2 gebildet wird, muß
so groß sein, daß sich der Kondensator C4 aufladen kann.
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t2b = 0,69 x R9 x C4 Die Erholzeit tLC5 von & beträgt bei der
Annahme, daß nach 3,5 .# die Aufladung beendet ist, tLC5 = 3,5 (R11 + R13) ti b
> tLC5 2b - LC5 Um den größtmöglichen Zeitfehler der Schaltung möglichst klein
zu halten, t muß der Faktor k = 2b möglichst klein gehalten werden.
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tlb 3,5 x (R11 + R13) k = 0,69 x R14 Der Fehler wird also klein,
wenn (R11 + Rl3)4< R14 ist.
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Die Dioden D4 und D5 verhindern, daß beim Umschalten von T1 bzw. 12
vom gesperrten in den durchgesteuerten Zustand Uber C4 bzw. C5 an die Basis von
T2 bzw. 13 eine zu große negative Spannung kommt, wenn UBl größer ist als die zulässige
Basis - Emitter - Sperrspannung der Transistoren.
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Die Widerstände und R12 bewirken, daß bei durchgesteuertem T1 bzw.
T2 die Kondensatoren C4 bzw. C5 keine Falschpolung bekommen. Bei Verwendung von
bipolaren Kondensatoren kann R6 und R12 entfallen. Mit der Spannung UB2 werden die
Transistoren, wenn sie sperren sollen, negativ vorgespannt, um
vor
allem bei hohen Temperaturen ein sicheres Sperren zu gewährleisten.
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Die Eingänge können natUrlich beliebig vermehrt werden. Die Auslösung
der Laufzeit des Multivibrators kann auch an der Basis von T2 erfolgen.
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Ist der Fehler, der durch T2b entsteht, noch zu groß, so kann an T3
nochmals eine Zeitstufe - wie in Fig. 4 gezeigt - nachgeschaltet werden.
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Die Ladezeit von C5 und somit die Zeit t2b kann dann so klein werden,
daß der dadurch entstehende Fehler unbedeutend wird. Da für die zweite und nachfolgende
Zeitstufe in Fig. 3 und 4 keine Rückkopplung vorhanden ist, wird der 1 -- O Ubergang
am Ausgang A nicht so steil wie bei zurückgekoppelten Zeitstufen. Ist extreme Flonkensteilheit
erforderkch, so kann am Ausgang A eine Signalformerstufe nachgeschaltet werden oder
statt dem ztvien Zeitglied (R13, R14, R15, R16,:C5, T3) eine weitere ruckgekoppelte
Zeitstufe so an die erste Zeitstufe (T1, T2, C4) angekoppelt werden, daß wie bei
den Schaltungen in Fig. 3 und 4 bei Ablauf der ersten Zeitstufe die zweite Stufe
immer rekombiniert wird.
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Wenn fur die Schaltung Transistoren mit großen Schaltzeiten verwendet
werden, kann bei der Ubernahme des positiven Signals an A von der einen auf die
nachfolgende Zeitstufe an A ein kurzer Signaleinbruch erfolgen. Dies kann durch
einen Kondensator am Ausgang A bzw. am Eingang einer nachfolgenden Signalformerstufe
verhindert werden.
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Patentansprüche: