DE2552857A1 - Schaltungsanordnung zur abgabe von zeitimpulsen fuer einen geschosszuender - Google Patents

Description

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Werkzeugmaschinenfabrik Gerlikon-Bührle AG

Γ:-" , -j B05G Zürich

Schaltungsanordnung zur Abgabe von Zeitimpulsen für

einen Geschosszünder

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abgabe von Zeitimpulsen für einen Geschosszünder.

Es sind derartige Vorrichtungen bekannt, welche jedoch nicht den Genauigkeitsanforderungen entsprechen, die an die Einhaltung einer bestimmten Verzögerungszeit gestellt werden.

Die Aufgabe, welche durch die erfindungsgemässe Vorrichtung gelöst werden soll, besteht darin, die gewünschte Verzögerungszeit genauer als bisher einzuhalten und Strom zu sparen.

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Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein astabiler Multivibrator mit Feldeffekt-Transistoren sowie ein Speisekondensator zur Steuerung und Speisung des Multivibrators angeordnet sind, und dass zwischen dem Multivibrator und dem Speisekondensator einerseits ein Widerstand und parallel dazu anderseits ein Abgleichkondensator zur Stabilisierung der Frequenz iJer genannten Zeitimpulse angeordnet sind.

Verschiedene Ausführungsbeispiele sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben, es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der gesamten Vorrichtung zur Abgabe von Zeit impulsen j

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Multivibrators;

Fig. 3 ein Diagramm über den Verlauf der Speisespannung in Abhängigkeit der Zeitj

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Multivibrators in schematischer Darstellung, und

Fig. 5 ein Diagramm über den Spannungsverlauf an einzelnen Stellen des Multivibrators.

Gemäß Fig. 1 ist ein Multivibrator 10 mit einem Ausgang A^ zur Abgabe von Zeitimpulsen über ein parallel geschaltetes RC-Glied, d.h. einen Widerstand 13 und einen Kondensator 22, an einen Speisekondensator 20 angeschlossen, der durch einen Stromerzeuger 9 beim Abschuss des Geschosses aufgeladen werden kann. Die .,edeutung des RC-Gliedes ist später erläutert. Ein solcher Stromerzeuger 9 ist an sich bekannt und weist beispielsweise eine Induktionsspule, einen Dauermagneten und einen Weicheisenkern auf. Bei der Abschussbeschleunigung erfolgt eine Relativverschiebung dieser Teile

6 0 9 8 A W 0 7 2 1

zur Erzeugung eines Induktionsstromes in der Induktionsspule. Durch diesen Induktionsstrom wird der Speisekondensator 20-aufgeladen .

Die Vorrichtung 10 weist gemäss Pig. 2 vier Feldeffekt-Transisto- · ren 51> 52, 53 und 54 auf. Je zwei dieser Feldeffekt-Transistoren 51, 52 und 53, 5^ sind in Serie geschaltet und einerseits an die Stromversorgung, d.h. über ein RC-Glied 13, 22 an den Speisekondensator 20 und anderseits an Masse angeschlossen. Die Basis (Gate) dieser Transistoren 51 - 54 sind über Dioden 4l, 43 an die Strotnversorung und über Dioden 42, 44 an die Masse angeschlossen. Die beiden Transistoren 51» 52 bilden einen ersten Inverter A und die beiden Transistoren 53» 54 bilden einen zweiten Inverter B. Der Ausgang 4 des Inverters A, der zugleich Eingang des Inverters B ist, ist über einen Widerstand 11 und einen Knotenpunkt 2 an eine Seite eines Kondensators 21 angeschlossen. Der Ausgang 1 des Inverters B ist an die andere Seite des Kondensators 21 angeschlossen. Der Eingang 3 des Inverters A ist über einen Widerstand 12 und den Knotenpunkt 2 an die erste Seite des Kondensators 21 angeschlossen. Die Transistoren 51 und 53 sind sogenannte N-Type-Transistoren und die Transistoren 52 und 54 sind sogenannte P-Type-Transistoren. Dies hat zur Folge, dass beim Anlegen einer Spannung an den Eingang 3* 4 der beiden Inverter A und B die N-Type-Transistqren 51 und 53 sperren, während die P-Type-Transißtoren 52 und und 54 leiten. Sinkt hingegen die Spannung am Eingang 3# 4 der beiden Inverter A und B auf einen bestimmten Wert ab, kehren sich

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die Verhältnisse um, d.h. die N-Type-Transistoren 51 und 53 leiten und die P-Type-Transistoren 52 und 5^ sperren.

Der Spannungsverlauf an den Ausgängen 1 und 4 der beiden Inverter B und A sowie am Eingang 3 des Inverters A ist aus Fig. 5 ersichtlich.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung 10, soweit sie bisher beschrieben wurde, ist wie folgt.

Falls durch die Transistoren 52 und 53 Strom fliesst und durch die Transistoren 51 und 5^ kein Strom fliesst, herrscht am Ausgang 1 des Inverters B und am Eingang 3 des Inverters A die Versorgungsspannung U , während am Eingang 4 keine Spannung

ver s

herrscht, wie dies aus Fig. 5 zu Beginn der Schwingungszeit t-, ersichtlich ist. Der Ausgang 1 ist Über den Transistor 53 mit der Stromversorgung verbunden und der Eingang h ist über den Transistor 52 an die Masse angeschlossen. Da am Ausgang 1 die Versorgungs-Spannung U herrscht, kann die eine Seite des Kondensators 21

V G Το

positiv bis auf die Versorgungsspannung U aufgeladen werden. Ueber den Widerstand 11 und den Transistor 52 kann sich die andere Seite des Kondensators 21 entladen, wodurch die Spannung am Eingang 3 gemäss der E Kurve

^Uum=^Uvers_ <^e

absinkt. Wobei U die Umschaltspannung für den Inverter A, B darstellt, R den Widerständen 11 und 12 entspricht, C dem Kondensator

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21 und t, die Zelt zwischen zwei Schaltvorgängen.

Sobald die Spannung am Eingang jj auf die Urnschaltsparmung abgesunken ist, werden die beiden Inverter A und B umgeschaltet. Durch die Transistoren 51 und 5^ kann nun Strom !'Hessen, während durch die Transistoren 52 und 53 kein Strom mehr i'liesst. Die Spannung am Ausgang 1 fällt daher auf die Spannung U₀ ab. Die eine Seite des Kondensators 21 kann sich über den Transistor 5^ entladen, die andere Seite des Kondensators 21 kann über Transistor 51 und den Widerstand 11 aufgeladen werden. Arn Eingang 4 steigt die Spannung sofort auf den Wert U an. Am Eingang 2 wächst die Spannung gem'äss der Kurve

^Uu.„ - ^Uvers (^
Da die Schwingungsdauer T = tj_ + t₂ ist, ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2)

T= -RC ( in ₊ Ir_{1 )}

₊ Ir_{1 )}

vers uui vers um

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass die Schwingungsdauer T von der Versorgungsspannung U abhängig ist. Wenn für die Versorgungsspannung U ein Kondensator vorgesehen 1st, so ist es nicht zu vermeiden, dass durch die Energieentnahme die Spannung ^Uvers ^{lm Kondensator} absinkt, dadurch ändert sich die Schwingungsdauer T.

Die Aufgabe, welche diu-ch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, besteht nun in der Schaffung einer Schaltungsanordnung, bei welcher wenigstens die durchschnittliche Schwingungsdauer T_rn während einer bestimmten Zeit, z.B. der Zeit vom Abschuss eines Geschosses bis zu seiner Zerlegung, das sind etwa 5-10 Sekunden -

konstant sein soll. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Speisekondensator 20 der Stromversorgung nicht immer auf die selbe Ausgangsspannung aufgeladen wird. Ein Zahlenbeispiel soll das Problem noch verdeutlichen. Unter den Annahme, dass die Spannung U auf

Vc* S

die der Speisekondensator 20 aufgeladen wird, Schwankungen von aufweisen kann, muss gefordert werden, dass die Zeit bis zur Zerlegung des Geschosses von z.B. 5*3 Sekunden auf 1 - 2.% genau einge halten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäss Fig. 1 zwischen den Multivibrator 10 und den Speisekondensator 20 ein ohmscher Widerstand IJ und parallel dazu ein Abgleichkondensator 22 angeordnet. Die Wirkung dieser Anordnung ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Versorgungsspannung U wird unter dem Einfluss des Widerstandes 13 absinken. Dieser Spannungsverlauf bewirkt eine Aenderung der Schwingzeit gemäss Kurve a.. Der Abgleichkondensator 22 führt zu einer Korrektur gemäss Kurve b. Aus diesen beiden Kurven a und t> resultiert die Kurve £, welche die Frequenz und damit die Schwingungszeit T des Multivibrators IO darstellt.

Der Ablgeichkondensator 22 wird der inneren Kapazität des Multivibrators 10, welche gestrichelt als Ersatzkondensator 23 dargestellt ist, angepasst.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll noch auf einzelne Eigenschaften des Multivibrators IO hingewiesen werden. Die Schwingungszeit T ist vom Verhalten der Transistoren 51 - 5*1 abhängig. Beim Erreichen der Schaltschwelle beginnen die Transistoren 51 - 5^ zu leiten, und zwar derart lange bis der notw-emii^e

6Π9Η4 £ /Ω7 ?1

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Schaltstrorn I_n erreicht ist. Dieser Schaltstrom I ist durch die

Gleichung

¹D - /^U

ox

^UD - \

gegeben. In dieser Gleichung ist: Up = Basisspannung υ_φ = Threshold-Spannung U_n = Transistorspannung

Z und L = Abmessungen

des Transistors

C = Kapazität des ox ^

Transistors.

Diese Gleichung des Schaltstromes führt zu einer Differentialgleichung, aus der die Abhängigkeit der Schwingungszeit T von der Versorgungsspannung ersichtlich ist. Je nach der Grosse des Abgleichkondensators 22 und der inneren Kapazität 23 kann die Schwingungszeit T mit zunehmender Vers-orgungsspannung U exponentiell zu- oder abnehmen.

Nach dem Umschalten der Transistoren erfolgt die exponentielle Entladung des Kondensators 21. Diese Entladungszeit ist kürzer, wenn bei hoher Versorungsspannung die Umschaltspannung niedriger und der Kondensator 21 weniger stark aufgeladen wird als wenn bei niederiger Versorgungsspannung und verhältnismässig höherer Urr,-schaltspannung der Kondensator 21 stärker aufgeladen wird.

Durch geeignete Abstimmung der Kapazitäten 21 und 22 ist eine Variation der Frequenz in Abhängigkeit der Versorungsspannung derart möglich, dass neben den Eigenschaften der verwendeten C-MOS Schaltung auch noch der Schaltungsaufbau derart korrigiert werden

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kann, dass über bestimmte Vielfache von Grundschwingungen bei einer bekannten Grosse des Speisekondensators 20 eine hohe Zeitkonstanz erreichbar ist.

Gemäss einem anderen in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen die beiden Transistoren 51, 52 einerseits und 55, 5^ anderseits je ein ohmscher Widerstand 60 angeordnet,, dessen Wirkungsweise analog ist zum Widerstand 13. Bei diesen beiden Widerständen 60 kann jedoch nicht nur ihre Grosse gewählt werden, sondern auch der Abgriff des Ausganges 1 bzw. 4.

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Claims (2)

25528b? Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Abgabe von Zeitimpulsen für einen Geschosszünder, dadurch gekennzeichnet, dass ein astabiler Multivibrator (1Q] mit Feldeffekt-Transistoren (51 - 54) sowie ein Speisekondensator (20) zur Steuerung und Speisung des Multivibrators (10) angeordnet sind, und dass zwischen dem Multivibrator (10) und dem Speisekondensator (20) einerseits ein Widerstand (13) und parallel dazu anderseits ein Abgleichkondensator (22) zur Stabilisierung der Frequenz der genannten Zeitimpulse angeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Multivibrator zwei Inverter (A, B) aufweist, von denen jeder zwei Transistoren (51 - 54) enthält, und dass zwischen je zwei Transistoren (51, 52 und 53, 54) ein Widerstand (BO) angeordnet ist.

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