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Schaltungsanordnung zur logischen Verknüpfung wechselspannungs-
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förmiger Eingangssignale Zusatz zu DBP 1 933 713, angemeldet: 28.
6. 1969 Die Erfindung betrifft eine Sehaltungsanordnung zur logischen Verknüpfung
wechselspannungsförmiger Eingangssignale .fflDie hohen Anforderungen an die Sicherheit
von elektronischen Schaltungen, z. B. in der Bahnautomation und im Kernreaktorbau,
bedingen eine ständige Weiterentwicklung in Richtung auf immer höhere Sicherheiten
von elektronischen Bausteinen. Unter Fehlersicherheit wird dabei verstanden, daß
beim Auftreten beliebiger Fehler innerhalb und außerhalb der Bausteine möglichst
niemals ein fehlerhaftes, gefährliches Ausgangssignal auftreten darf. Führt etwa
ein Logikbaustein nach seiner
logischen Funktion und den anliegenden
Eingangsbedingungen am Ausgang ein Signal logisch Null, so darf beim Auftreten eines
inneren Defektes, etwa eines Bauelementefehlers, kein logisch Signal am Ausgang
auftreten. Führt dagegen der Baustein am Ausgang ein Signal logisch L nach seiner
logischen Funktion und den anliegenden Eingangssignalen, muß der Ausgang beim Auftreten
eines inneren Fehlers nach Signal logisch Null wechseln und in diesem Zustand verbleiben,
auch wenn die Eingangssignale erneut wechseln. Jeder Störungsfall bringt den Ausgang
des fehlersicheren Bausteins in den Grundzustand logisch Null.
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Für ein solches fehlersicheres logisches Gesamtsystem müssen UND-,
ODER-, NICHT-Bsusteine und andere Moduln vorgesehen werden. Mit der gemäß der Hauptanmeldung
P 19 33 713 angegebenen Schaltungsanordnung läßt sich ein ODER-Glied dadurch realisieren,
daß die Eingangssignale getrennten Eingangsübertragern zugeführt und in deren Sekundärkreisen
durch eingeschaltete Gleichrichteranordnungen gleichgerichtet werden, daß die gleichgerichteten
Eingangssignale die einzelnen Steuerpotentiale für eine nachgeschaltete Transistorsperrschwingerschaltung
mit Rückkopplungsübertrager bilden, daß die Impuls schaltung des Sperrschwingers
über eine in den Sekundärkreis des Rückkopplungsübertragers eingeschaltete Verstärkerstufe
dem Ausgang zugeführt wird.
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Bei dem auf diese Weise hergestellten ODER-Glied wurden die gleichgerichteten
Eingangssignale der Sperrschwingerschaltung disjunktiv als Steuerpotential zugeführt.
Die mit relativ schlechtem Wirkungsgrad arbeitende Einweggleichrichterschaltung
benötigte Eingangssignale einer bestimmten Mindestgröße. Beim Unterschreiten dieser
Nindestgröße wurde kein Steuerpotential mehr für den Sperrschwinger geliefert.
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Ein unzulässig hoher Stromanstieg an den Primärwicklungen der Eingangsübertrager,
sowie an den Wicklungen des Ausgangsübertragers konnte hierbei zu sekundärseitigen,
unzulässig hohen Spannungen führen, die zu Zerstörungen innerhalb der Schaltung
beitragen konnten.
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Eine besondere Gefahr ergab sich für die Schaltung dadurch, daß extrem
starke mechanische BerSihrungen zu unkontrollierbaren Zerstörungen innerhalb der
Schaltung und damit zu unkontrollierbaren Fehlern führen konnte. Insbesondere konnten
dabei Wicklungsfehler, d. h. Wicklungsschlüsse oder ähnliches auftreten, die die
externen Potentiale an den Eingängen oder am Ausgang der Schaltung ohne Potentialtrennirng
in das ODER-Glied einspeisen. Bei all diesen genannten Fehlermöglichkeiten ergab
sich somit such die Möglichkeit eines fehlerhaften Ausgangssignals.
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DeErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
angeführten Nachteile, eine Schaltungsanordnung zur disjunktiven Verknüpfung wechselspannungsförmiger
Eingangssignale zu einem wechselspannungsförmigen Ausgangssignal zu entwickeln,
deren Ausgangssignal auch dann zu logisch Null wird, wenn an den Eingangsiibertragern
oder am Ausgangoüber trager ein unzulässig hoher Stromanstieg vorliegt, wenn heftige
mechanische Berührungen die Gefahr eines unkontrollierten Fehlers hervor#erufen
konnten und wenn Wicklungsfehler an den Übertragern auftreten, und bei der die Toleranzbreite
fiir die zulässige Größe der dynamischen Eingangssignale angehoben werden soll.
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Ein besonderer Vorteil der Schaltungsanordnung besteht darin, daß
sie völlig in sich abgeschlossen ist, d. h. daß ihr von außen weder eine weitere
Versorgungsspannung zugeführt werden muß, noch externe Steuersignale wie etwa Taktsignale
benötigt werden. Damit ist die Gefahr einer Zuführung von fehlerhaften externen
Signalen auf ein Minimum reduziert. Ein Beispiel der erfindungsgemäßen Lösung wird
anhand der Zeichnung erläutert.
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Das ODER-Glied besteht aus den Eingangsübertragern T1, T2, den Gleichrichterschaltungen
V1, V2 und V3, T4, dem Sperrschwinger V6, T3 und einem im Sekundärkreis des Ausgangsübertragers
T3 nachgeschalteten Transistorverstärker V7.
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Die aus den Eingangssignalen E1, E2 durch die Eingangsübertrager Ti
und T2, sowie den Mittelpunkt-Gleichrichterschaltungen V1, V2 und V3, V4 erzeugten
Steuerpotentiale werden disjunktiv zusammengeführt und dem als Glättungskondensator
eingesetzten Sicherheitskondensator C1 zugeführt.
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Der'Sicherheitskondensator C1 ist ein dünner Keramikkondensator, der
äe Elektrode zwei Anschlüsse aufweist, die bei starker mechanischer Belastung abreißen
können.
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Jeder Abriß der Zuführungsleitung, wie auch der Bruch des Sicherheitskondensators
führt zur sofortigen Unterbrechung der Stromversorgung des Sperrschwingers V6, T3.
. Der Sicherheitskondensator kann leicht in Siebdrucktechnik auf einer Keramikplatte
aufgebracht werden.
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Die geglättetensdisJunktiven Steuerpotentiale werden nach Stabilisierung
an der Zenerdiode V5 an den Spannungsteiler R2 R3 als Betriebsspannung des Sperrschwingers
V6, T3 zur Verfügung gestellt.
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Der Widerstand R1 dient zur zusätzlichen Kollektorstrombegrenzung
des Sperrschwingers. Der zwischen Rückkopplungswicklung des Ausgangsübertragers
T3 und der Basis des Transistors V6 angeordnete Widerstand R2 verhindert ein unzueiner
lässig hohen Basisstromanstieg, selbst bei Zerstörung des Ausgangsübertragers 3,
die zu Wicklungsschlüssen führen
kante. Bei mindestens einem Eingangssignal
E1 oder Bp am ODER-Glied liegt ein Steuerpotential am Basisspannungsteiler Rp und
Rf, demzufolge der Transistor V6 zunächst bei einem kleinen Basisstrom durchschaltet.
Damit steigt der Kollektorstrom durch die Wicklung n1 des Sperrachwingerü.bertragers
T3 bis zu einem Maximum an, das im wesentlichen durch den Widerstand R1 bestimmt
wird. Während des Anstiegs des Kollektorstroms wird durch die Wicklung n1 in der
Wicklung n3 eine Rückkopplungsspannung induziert, die iiber den Widerstand Rp an
die Basis des Transistors gelangt und den Transistor weiter aufsteuert. Nach dem
Erreichen des maximalen Kollektorstroms wird keine Spannung mehr in der Rückkopplungswicklung
n3 induziert mit dpm r/rgebnis, daß der Transistor V6 beginnt zu sperren. Der ddurch
bedingte Abfall des Kollektorstroms in der Wicklung n1 bewirkte die Induzierung
eines entgegengesetzten Spannungsimpulses in der Rückkopplungswicklung n3. Dieser
Spannungsimpuls gelangt über den Widerstand R2 an die Basis des Transistors V6,
wodurch der Transistor völlig gesperrt wird.
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Anschließend wiederholt sich der eben bereits beschriebene Vorgang.
Am Ausgang des Sperrschwingerübertragers T3 ergibt sich damit eine sägezahnähnliche
Spannung, die von dem Transistor V7 verstärkt dem Ausgang A zugeführt wird.
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Der Widerstand R5 im Kollektorkreis des Ausgangsverstärkers V7 dient
dabei in bekannter Weise der Kollektorstrombegrenzung. Zuzüglich zu den Eingangen
E1 und E2 sind an dem ODER-Modul noch disåunktive Ergänzungseingänge 3 und 4 vorgesehen.
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Hier besteht die Möglichkeit, den Eingangsachaltungen T1, V1, V2 entsprechende
Schaltungsanordnungen anzuschließen.
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Diesen weiteren disjunktiven Eingängen wird der Massepunkt M des Ausgangs
des ODER-Glieds zur Verfügung gestellt, so daß bei mechanischen Erschütterungen
unzulassiger Stärke ein Bruch des Sicherheitskondensators C1 oder ein Abriß seiner
Elektrodenzuführung in zweifacher Weise die Stromzuführung der Sperrschwingerschaltung
V6, T3 unterbrlcht; 1. in der bereits oben beschriebenen Art und Weise und 2. dadurch,
daß bereits den Eingangsachaltungen durch Abriß der Nassezuführung am Sicherheitskondensator
C1 das Bezugspotential entzogen wird.
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Die Mittelpunktsgleichrichterschaltungen V1, Vp und Vf, V4 sind so
angeordnet, daß sie ein negatives Steuerpotential für die Sperrschwingerschaltung
V6, T3 liefern. Dadurch kann selbst bei Wicklungsfehlern an den übeftragern T1,
bei T3 bei dort anliegenden positiven Potentialen der Eingangssignale und der Ausgangssignale
kein fehlerhaftes Anschwingen des Sperrschwingers V6, 23 erzeugt werden.
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Sämtliche Übertrager T1 T2 und T3 sind so ausgelegt, daß bei unzulässig
hohem Stromanstieg an ihrer Primärwicklung der jeweilige Übertrager in die Sättigung
geführt wird, so daß eine Übertragung einer Wechselspannung nicht mehr möglich ist.
Somit kann auch kein fehlerhaftes Ausgangssignal logisch L entstehen. Das gesamte
ODER-Glied geht bei Signalfehlern,
Bauelemente fehlern und unzulässigen
Signalen an den Ein- und Ausgängen mit seinem Ausgangssignal A mit großer Sicherheit
nach logisch Null.
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Wie die Schaltungsanordnung des ODvR-Glieds zeigt, werden Betriebsspannungen
nur am Eingang und am Ausgang benötigt.
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Weitere, mögliche oder notwendige Steuersignale - wie etwa Taktsignale
- entfallen vollstandig. Damit ist auch die Gefahr einer Zuführung von externen
Fehlern in die Schaltungsanordnung auf ein Minimum reduziert.