DE2629804A1

DE2629804A1 - Vergleichender bistabiler schaltkreis

Info

Publication number: DE2629804A1
Application number: DE19762629804
Authority: DE
Inventors: Johannes J Schmitz
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-07-03
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1977-01-20
Also published as: ES449010A1; GB1549683A; CA1054676A; US3996479A; FR2316792B1; BE843735A; FR2316792A1; JPS528748A; IT1068974B

Description

DlpL-lng. Pct'T- C. Sroko 2 6 2 9 8 0 A

Dr.-Ing. Ernst Straimann

Patentanwälte

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 30. Juni 1976

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Vergleichender bistabiler Schaltkreis

Die Erfindung betrifft einen bistabilen Schaltkreis, bei dem ein Vergleichsschaltkreis ein Auslösesignal an einen bistabilen Schaltkreis aufgrund eines vorbestimmten Verhältnisses zwischen zumindest zwei Eingangssignalen liefert, die an den Vergleichsschaltkreis angelegt werden.

Für vielerlei Steuerungserfordernisse, wie z.B. solche, die bei Kernreaktoren erforderlich sind, werden verschiedenartige bistabile Schaltkreise benutzt, um kritische Parameter zu überwachen und einen Alarm oder andere Steuerungsfunktionen für den sicheren Betrieb der Anlage auszulösen. Bei den meisten herkömmlichen vergleichenden bistabilen Schaltkreisen wird der bistabile Rücksteilpegel als konstanter Spannungspegel erzeugt, indem der feste Spannungsausgang des bistabilen Schaltkreises zum Vergleichereingang zurückgeführt wird, während der bistabile Schaltkreis sich in dem ausgelösten Zustand (Einschaltzustand) befindet. Da der Spannungsausgang des bistabilen Schaltkreises in seinem ausgelösten Zustand einen konstanten Wert darstellt und nicht eine Funktion des bistabilen Eingangsaus lösespannungspegels ist, der von den Eingangssignalen am

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Komparatorschaltkreis festgelegt wird, führt die Auswahl eines Auslösespannungspegels mit einem Wert, der geringer ist, als die Höhe des Rückstellpegels, zu einer Verhinderung des Rückstellens des bistabilen Schaltkreises, wodurch der vergleichende bistabile Schaltkreis nicht mehr arbeitet. In dieser Situation ist es dann erforderlich, die Erregungsleistung an dem bistabilen Schaltkreis zu entfernen, um diesen zurückzustellen. Diese Situation läßt sich leichter verstehen, wenn man annimmt, daß ein Rückstellpegel mit einer Größe von 5 V durch den Ausgang des bistabilen Schaltkreises erzeugt wird, was bedeutet, daß der bistabile Schaltkreis zurückgestellt wird, wenn die Größe des Auslösepegels, der von dem Vergleichsschaltkreis erzeugt wird, sich um 5 V vermindert. Wenn jedoch ein Auslösepegel von 3 V zur Auslösung des bistabilen Schaltkreises ausgewählt wird, wird offensichtlich der Auslösepegel niemals um die für die Rückstellung des bistabilen Schaltkreises erforderlichen 5 V vermindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen vergleichenden bistabilen Schaltkreis zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs erfindungsgemäß gelöst. Es wird also ein vergleichender bistabiler Schaltkreis geschaffen, bei dem ein Vergleichsschaltkreis ein Auslösesignal an einen bistabilen Schaltkreis dann abgibt, wenn zumindest zwei dem Vergleichschaltkreis zugeführte Eingangssignale eine vorbestimmte Beziehung zueinander haben. Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, daß die Schaltkreisanordnung einen Rückstellschaltkreis umfaßt, der so angeschlossen ist, daß er eines der zwei Eingangssignale für den Vergleichsschaltkreis aufnimmt und auf den Auslösezustand des bistabilen Schaltkreises in der Weise reagiert, daß er ein Rückstellsignal an den bistabilen Schaltkreis liefert, das eine Größebesitzt, die einen bestimmten Prozentsatz der Größe des den Rückstellschaltkreis zugeführten Eingangssignals besitzt.

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Wie oben schon kurz angedeutet, reagiert der Rückstellsignalschaltkreis auf einen der Eingänge des Vergleichschaltkreises, indem er einen Rückstellsignalpegel erzeugt, der einen bestimmten Prozentsatz des ausgewählten Eingangssignalpegels für den Vergleicher ausmacht. Das aufgrund eines Auslöseeinganges vom Vergleichsschaltkreis durch den bistabilen Schaltkreis erzeugte Ausgangssignal steuert dieses Rückstellsignal zu einem Eingang des bistabilen Schaltkreises. Wenn die Beziehung des Eingangssignals zum Vergleichsschaltkreis derartig ist, daß das Auslösesignal für den bistabilen Schaltkreis sich um einen Wert vermindert, der gleich oder kleiner als der Pegel des Rückstellsignals ist, stellt das Rückstellsignal den bistabilen Schaltkreis zurück. Da der Pegel des Rückstellsignals stets ein bestimmter Prozentsatz eines der Eingänge für den Vergleichsschaltkreis ist, überschreitet der Rückstellpegel niemals das Auslösepegelsignal, wodurch eine Rückstellung des bistabilen Schaltkreises unter allen Bedingungen sichergestellt wird.

In dem Rückstellschaltkreis ist ein Potentiometer vorgesehen, um das Rückstellsignal entsprechend einem vorgewählten Prozentsatz eines der Eingänge für den Vergleichsschaltkreis zu erzeugen. Gewöhnlich wird das Potentiometer ein Rückstellsignal erzeugen, das etwa 10 - 99 % des dem Vergleichschaltkreis zugeführten Eingangssignals entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 ein grundlegendes Blockdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen vergleichenden bistabilen Schaltkreises; und

Fig. 2 ein detailliertes schematisches Diagramm einer Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises.

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In Fig. 1 ist ein vergleichender bistabiler Schaltkreis 10 dargestellt, der einen bistabilen Schaltkreis B umfaßt, der vom Ausgang eines Vergleichsschaltkreises C aufgrund einer vorbestimmten Beziehung zwischen den Eingangssignalen 11 und 12 ausgelöst wird. Der bistabile Schaltkreis B wird von einem Signal zurückgestellt, das durch ein einstellbares Potentiometer P erzeugt und durch einen Verknüpfungsschaltkreis G mittels eines Ausgangssignals E . weitergeleitet wird, das aufgrund eines Auslösezustandes von dem bistabilen Schaltkreis B erzeugt wird. Die Eingangssignale 11 und 12 können getrennte Parametermessungen darstellen, wie beispielsweise den Reaktorschleifenfluß oder den Neutronenleistungspegel in einem Kernreaktor, oder es kann ein Signal ein variabler Parameterzustand sein, während der zweite Eingang einem Bezugssignal entspricht. In der letztgenannten Situation wird das veränderliche Eingangssignal verwendet, um das Rückstellsignal zu erzeugen.

Der Vergleichsschaltkreis C antwortet auf eine Abweichung in der gegenseitigen Ausgewogenheit zwischen den Eingangssignalen 11 und 12 durch Erzeugung eines Auslösesignals für den bistabilen Schaltkreis B, was nach dessen Auslösung zu einer stufenartigen Änderung im Ausgangsspannungspegel des bistabilen Schaltkreises von einem ersten Spannungspegel V1 zu einem zweiten Spannungspegel V2 führt. Offensichtlich können die Spannungspegel V1 und V2 von beliebiger Größe und Polarität sein. Weiterhin kann, abhängig von den ausgewählten Schaltkreiskomponenten, die Ausgangsspannung des bistabilen Schaltkreises B sich entweder von einem niedrigen Spannungspegel zu einem hohen Spannungspegel oder von einem hohen Spannungspegel zu einem niedrigen Spannungspegel aufgrund eines Auslösezustandes ändern.

Einer der variablen Eingänge für den Vergleichsschaltkreis C, hier ist für diesen Zweck das Eingangssignal 12 ausgewählt worden, wird weiterhin als ein Eingangssignal an den Rückstellschaltkreis R angelegt, der so dargestellt ist, daß er aus einem einstellbaren Potentiometer P und dem oben erwähnten Verknüpfungsschaltkreis G besteht. In dem Fall, daß beide Signale

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11 und 12 veränderliche Parameterzustände repräsentieren, kann eines der beiden Eingangssignale als Eingang für den Rückstellschaltkreis R ausgewählt werden. Ein Rückstellsignal, das einen bestimmten Prozentsatz des Eingangssignals 12 darstellt, wird von dem einstellbaren Potentiometer P erzeugt. Dieses Rückstellsignal wird als Eingang dem bistabilen Schaltkreis B über den Verknüpfungsschaltkreis G zugeführt. Der Verknüpfungsschaltkreis G reagiert auf den Ausgangsspannungspegel des bistabilen Schaltkreises B entsprechend dessen Auslösezustand durch Anlegen dieses Ausgangsspannungspegels als ein Rückstelleingangssignal an dem bistabilen Schaltkreis B. Das Rückstellsignal wiederum arbeitet in der Weise, daß es den bistabilen Schaltkreis B zurückstellt, wenn der Auslösesignaleingang für den bistabilen Schaltkreis B auf einen Pegel absinkt, der dem Pegel des Rückstellsignals entspricht. Typischerweise kann der einstellbare Potentiometerschaltkreis P ein Rückstellsignal erzeugen, das einen bestimmten Prozentsatz des ausgewählten Vergleichereingangssignals darstellt, und zwar in einem Bereich von etwa 10 - 99 %. Aus dem Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ersichtlich, daß das Rückstellsignal stets einen Prozentsatz von einem der Eingangssignale darstellt, die dem Vergleichsschaltkreis zugeführt werden, und daß somit der Pegel des Rückstellsignals stets derartig ist, daß das Rückstellen des bistabilen Schaltkreises B erreicht werden kann, unabhängig von den Ausgangsspannungspegeln Vl und V2 des bistabilen Schaltkreises B. Dies steht im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik, bei dem das Rückstellsignal eine Funktion der bistabilen Ausgangsspannungspegel ist, die vollständig unabhängig vom Pegel des dem bistabilen Schaltkreis B zugeführten Auslöseeingangssignals ist. Diese unabhängige Beziehung kann, wie schon erläutert, zu einer Situation führen, bei der das Rückstellsignal unwirksam ist.

Eine typische Verwirklichung des Blockdiagramms der Fig. 1 ist schematisch in Fig. 2 wiedergegeben.

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Der Vergleichsschaltkreis C umfaßt Signaleingangswiderstände R1 und R2, einen veränderlichen Widerstand R3 zur Verstärkungssteuerung und einen Vorspannungssteuerschaltkreis BC, der aus dem Vorspannungseingangswiderstand R7 und dem veränderlichen Vorspannungssteuerungswiderstand E_ß besteht. Der Vorspannungssteuerungsschaltkreis BC ist für den Betrieb des Rückstellschaltkreises R nicht wesentlich, kann jedoch für bestimmten Anwendungen des Schaltkreises 10 zweckmäßig sein.

Zwei unabhängig variable Signale 11 und 12 von entgegengesetzter Gleichstrompolarität (H ist hier als negativ, 12 als positiv angenommen) werden zum Vorspannungssignal 13 am Verbindungspunkt von R2, R3 und R7 stromsummiert. Der Vorspannungssignalstrom muß entweder einen positiven oder einen negativen Wert haben, abhängig vom Verhältnis der Polaritäten (positiv/negativ) von 12/11, um dem summierten Ausgang C . des Vergleichsschaltkreises C einen negativen Wert zu geben, der dann dem positiven Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers Al im bistabilen Schaltkreis B zugeführt wird. Unter den obigen Bedingungen, bei denen das Signal C . des Komparatorschaltkreises C negativ ist, wird sich der bistabile Schaltkreis B in einem rückgestellten oder abgeschalteten Zustand befinden. Der veränderliche Widerstand R3 zu Verstärkungseinstellung liefert eine Einrichtung zur Veränderung der Signalspegeländerung, die notwendig ist, um einen positiven Ausgang C . zu liefern. Diese Einstellmöglichkeit wird im allgemeinen als Verstärkungseinstellung bezeichnet. Das Kapazitätsdiodennetzwerk N, das zwischen der Masseleitung des Schaltkreises und dem positiven Eingang des Verstärkers Al geschaltet ist, liefert einen Rausch- und Überspannungsschutz für den Eingang des Verstärkers Al. Der negative Eingang des Verstärkers Al ist mit der Masseleitung verbunden. Der Ausgang E_QUt des Operationsverstärkers Al befindet sich signalmäßig auf Masse oder auf null Volt, wenn der bistabile Schaltkreis sich in seinem zurückgestellten oder abgeschalteten Zustand befindet, der auf dem Ausgangsdiagramm als V1 bezeichnet ist. Wenn einer der Eingänge 11 oder 12 des Vergleichers C seinen Signalwert in der Weise ändert, daß das Ausgangssignal

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C . positiv wird, wird der Operationsverstärker Al diese Pegeländerung verstärken und sehr schnell seinen Ausgang E_Qut auf einen maximalen positiven Wert bringen, da er einen sehr hohen Leerlaufverstärkungsfaktor aufweist. Diese Stufenänderung im Ausgang des bistabilen Schaltkreises B bildet den ausgelösten bistabilen Schaltkreis oder den Einschaltzustand, der als V2 gekennzeichnet ist. Bei Abwesenheit des Rückstellschaltkreises R würde der bistabile Schaltkreis B sich in seinen rückgestellten oder abgeschalteten Zustand (V1) zurückstellen, wenn der Ausgang C . des Vergleichsschaltkreises C einen Pegel von null Volt annähert.

Der Rückstellschaltkreis R, wie in Fig. 2 erläutert, liefert eine variable, bistabile Rückstellschleifenbreite für den Schaltkreis 1O, die eine Prozentfunktion des Eingangssignalpegels 12 ist. Der Rückstellschaltkreis R ist aus zwei Operationsverstärkern A2 und A3 mit dem Verstärkungsfaktor 1 (die als Pufferverstärker vorgesehen sind, um die Last vollständig von ihrem Eingang zu isolieren), aus einem Feldeffekttransistorschalter G¹, Widerständen R5 und R6 und einem veränderlichen Rückstellsteuerungswiderstand P¹ zusammengesetzt. Der verstärkte Stromausgang des Verstärkers A2 ist stets identisch hinsichtlich seiner Größe mit dem Eingang 12, ohne daß der Eingang des Vergleicherschaltkreises C belastet wird, wodurch sich maximale Linearität für die Rückstellfunktion ergibt. Das Rückstellsignal von dem Schleifer des veränderlichen Widerstandes P¹ wird über den Pufferverstärker A3 zum Schalter G¹ geführt. Das Rückstellsignal 14 ist stets direkt proportional zum Eingangssignal 12, wobei das Verhältnis zum Eingangssignal 12 von der Einstellung des veränderlichen Widerstandes P¹ abhängt. Mit dem bistabilen Schaltkreis in seinem rückgestellten oder abgeschalteten Zustand befindet sich der Steuereingang des Feldeffekttransistorschalters G¹ auf Nullpotential und der Schalter G ist offen. Wenn der bistabile Schaltkreis B ausgelöst oder eingeschaltet ist, wird ein positives Signal über den Widerstand R5 zur Steuerelektrode des Schalters G¹ geführt, was diesen leitend macht, wodurch das Rückstellsignal 14' des Verstärkers A3 über den Widerstand

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R6 zum positiven Eingang des Verstärkers A1 geführt wird. Um den bistabilen Schaltkreis B zurückzustellen, muß der Ausgang ^Cout ^{des Ver}3^{leicherschaltkre}i^ses C soweit negativ werden, daß der zusätzliche Strom, der von dem Rückstellschaltkreis R über den Widerstand R6 geliefert wird, überwunden wird. Auf diese Weise wird die bistabile Rückstellschleifenbreite direkt proportional zum Eingangssignal 12 erhöht, wie es von dem veränderlichen Widerstand P¹ ausgewählt wird.

Sollte der Signaleingang 11 als der veränderliche Rückstelleingang ausgewählt sein, muß entweder der Pufferverstärker A2 oder der Pufferverstärker A3 noch einen Inverter umfassen, da daß Rückstellsignal 14' stets ein positives Signal sein muß. Wenn außerdem ein negativer Spannungsausgang des bistabilen Schaltkreises B einen ausgelösten oder eingeschalteten Zustand repräsentiert, müßte ein Feldeffekttransistorschalter mit Elektronenfehlstellenleitungseigenschaft verwendet werden.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren für die Erzeugung der Rückstellsignale als Funktion des AusgangsSpannungspegels des bistabilen Schaltkreises B entspricht das von der Ausführungsform der Fig. 2 erzeugte Rückstellsignal dem Strom, der durch den Lastwiderstand R6 aufgrund des Rückstellsignals fließt, das von dem veränderlichen Widerstand P¹ erzeugt wird.

Patentansprüche;

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Claims

- 9 P a t e η t a η s ρ r ü c h e ;

Vergleichender bistabiler Schaltkreis, bei dem ein Vergleichsschaltkreis ein Auslösesignal an einen bistabilen Schaltkreis aufgrund einer vorbestimmten Beziehung zwischen zumindest zwei dem Vergleichsschaltkreis zugeführten Eingangssignalen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis einen Rückstellschaltkreis (R) umfaßt, der so angeschlossen ist, daß er eines der beiden Eingangssignale (11 oder 12) des Vergleichsschaltkreises (C) aufnimmt und auf den Auslösezustand des bistabilen Schaltkreises (B) reagiert, um ein Rückstellsignal an den bistabilen Schaltkreis (B) zu liefern, das eine Größe besitzt, die einem Prozentsatz der Größe des dem Rückstellschaltkreis (R) zugeführten Eingangssignal entspricht.
2. Vergleichender bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellschaltkreis (R) einen veränderlichen Widerstand (P¹) umfaßt, um einen Prozentsatz des Eingangssignals (12) als Rückstellsignal zu liefern.
3. Vergleichender bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellschaltkreis (R) Verknüpfungseinrichtungen (G) aufweist, die mit dem Ausgang des bistabilen Schaltkreises (B) verbunden sind und auf dessen Auslösezustand reagieren, um dem Rückstellsignal zu ermöglichen, zum Eingang des bistabilen Schaltkreises (B) zu gelangen.
4. Vergleichender bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellschaltkreis (R) elektrische Isolationseinrichtungen (A2) aufweist, um den Eingang des Vergleichsschaltkreises (C) vom Ausgang des Rückstellschaltkreises (R) elektrisch zu isolieren.

ES/jn 3

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