DE2641834A1 - Monostabile schaltung - Google Patents
Monostabile schaltungInfo
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Description
NCR CORPORATIO Dayton, Ohio (V.St.A.)
Patentanmeldung
Unser Az.: Case 2169/GER
MONOSTABILE SCHALTUNG
Die Erfindung betrifft eine monostabile Schaltung zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit im
wesentlichen konstantem Energieinhalt unabhängig von Veränderungen der Versorgungsspannung.
Schaltungen der eingangs genannten Art können beispielsweise zur Steuerung von Matrixdruckern
verwendet werden, bei denen die Druckdrähte durch elektromagnetische Spulen betätigt werden. Die Zahl
der zu betätigenden Spulen ändert sich von Zeichen zu Zeichen, so daß in Abhängigkeit davon die an den
Spulen anliegende Versorgungsspannung variiert, wodurch ungleichmäßige Anschlagkräfte und somit
unterschiedliche Druckbilder bei den verschiedenen
Zeichen entstehen.
Eine Möglichkeit zur Beseitigung dieses Problems besteht darin, daß die Spannungsversorgungsquelle
sehr genau geregelt wird, was jedoch nachteilig ist, da dies relativ hohe Kosten verursacht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und billige Schaltung
aufzuzeigen, mit der die eingangs genannten Probleme
eliminiert werden können.
14. September 1976
70981 3/0732
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
bistabile Schaltung mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei ein Eingangssignal an
den ersten Eingang angelegt wird, wodurch die Erzeugung eines Ausgangsimpulses eingeleitet wird, durch
Spannungsvergleichsvorrichtungen, durch eine Ladevorrichtung, die mit einer Energiequelle und mit dem
ersten Eingang der genannten Vergleichsvorrichtung
verbunden ist, durch Vorspannungsvorrichtungen zur Lieferung eines Vorspannungspotentials am zweiten
Eingang der Spannungsvergleichsvorrichtung , durch
einen Schalter, der zwischen den Ausgang und die Ladevorrichtung geschaltet ist und durch eine
Steuerkopplungsvorrichtung, die zwischen einen
Ausgang der genannten Spannungsvergleichsvorrichtung
und den zweiten Eingang geschaltet ist, wobei der Beginn des Ausgangsimpulses bewirkt, daß der Schalter
eine Entladung der Ladevorrichtung von der Energiequelle verursacht und beim Erreichen eines Potentials
in der Entladevorrichtung, das mit dem Vorspannungspotential übereinstimmt, bewirkt wird, daß die
genannten Vergleichsvorrichtungen bewirken, daß ein
Steuersignal über die Steuerkopplungsvorrichtung an den zweiten Eingang angelegt wird, wodurch der
Ausgangsimpuls beendet wird und die Vorspannungsvorrichtung ein festes Vorspannungspotential liefert,
wobei die Dauer des Ausgangsimpulses in einer umgekehrten Beziehung zu Veränderungen in dem Potential
der Energiequelle steht.
14. September 1976
7098 13/0732
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß der Energieinhalt der von der
erfindungsgemäßen Schaltung erzeugten Impulse annähernd konstant ist, da die Impulse in bezug auf Veränderungen
der Versorgungsspannung entgegengesetzt verändert werden Dadurch kann auf einfache Weise bewirkt werden, daß bei
einem Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung zur Steuerung der Spulen eines Matrixdruckers infolge der
gleichmäßigen Anschlagkräfte das Druckbild für alle
Zeichen gleichmäßig ist.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltung anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen monostabilen Schaltung und
Fig. 2 Kennlinien zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Dauer der Ausgangsimpulse
und der Versorgungsspannung in der Schaltung gemäß Fig. 1, wobei in letzterer verschiedene Regelungen
vorgenommen wurden.
Zunächst wird auf die Schaltung in Fig. 1 Bezug genommen, an die ein Eingangssignal mit einer
Dauer t~ - t, an einen Eingang 8 eines NAND-Gliedes 10
angelegt wird, dessen Ausgang mit einem Eingang eines
zweiten NAND-Gliedes 12 verbunden ist. Die zwei NAND-Glieder 10 und 12 bilden zusammen eine bistabile
Anordnung oder eine Sperre. Der andere Eingang des NAND-Gliedes 12 ist mit einem Verzweigungspunkt 14
verbunden. Ein Schaltungszweig erstreckt sich von dem
Verzweigungspunkt 14 über einen Widerstand 16 zu einem Bezugspotential, z. B. Masse, während ein zweiter
Schaltungszweig über einen Widerstand 18 zu dem Kollektor eines PNP-Transistors 20 verläuft.
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Der Ausgang des NAND-Gliedes 12 ist mit dem zweiten Eingang des ersten NAND-Gliedes 10 verbunden
und liegt ebenfalls an dem Ausgangsanschluß 22. Des weiteren ist er über eine Leitung 24 mit einem Ende
eines Widerstandes 26 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 26 ist über eine Parallelschaltung aus
einem Widerstand 28 und einem Kondensator 30 mit einem
Bezugspotential, z. B. Masse, verbunden und liegt außerdem an der Basis eines NPN-Transistors 32, dessen
Emitter mit dem genannten Bezugspotential verbunden
ist.
Der Kollektor des Transistors 32 ist über den Widerstand 34, einen Verzweigungspunkt 36, einen
Widerstand 38, einen veränderbaren Widerstand 40, einen Verzweigungspunkt 42 und über einen Widerstand
mit der Spannungsquelle 46 verbunden. Von dem
Verzweigungspunkt 42 verläuft ein erster Pfad über einen Widerstand 48 zu dem Bezugspotential, z. B.
Masse, und ein zweiter Pfad über den Widerstand 50 zu einem Schalter 52, dessen eine Seite mit dem
Bezugspotential verbunden ist und dessen andere Seite offen ist.
Von dem Verzweigungspunkt 36 erstreckt sich ein erster Pfad über den Kondensator 54 zu dem Bezugspotential und ein zweiter Pfad zu der Basis eines NPN-Transistors
56, dessen Emitter über einen Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist und ebenfalls mit
dem Emitter eines NPN-Transistors 60. Der Kollektor des Transistors 56 liegt über einen Widerstand 62 an der
Spannungsquelle 46. In ähnlicher Weise ist der Kollektor des Widerstandes 60 über einen Verzweigungspunkt 64 und
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70981 3/0732
2 G -41834
einen Widerstand 66 mit der Spannungsquelle 46 verbunden.
Die Basis des Transistors 60 ist mit 4,6 Volt vorgespannt, wobei die Referenzvorspannung durch einen Spannungsteilerpfad
erzeugt wird, der sich von der Spannungsquelle über einen Widerstand 68, einen Verzweigungspunkt 70,
einen veränderbaren Widerstand 72 bis zur Basis des Transistors 60 und einen Widerstand 74 zu einem Bezugspotential, z. B. Hasse, erstreckt. Der Verzweigungspunkt 70 ist durch eine 5,6 Volt Zenerdiode 76 mit dem
Bezugspotential oder Masse verbunden.
Die emittergekoppelten Transistoren 56 und
60 arbeiten als Di f ferential verstärker und vergleichen die Kondensatorspannung des Kondensators 54, die an
die Basis des Transistors 56 angelegt wird, mit der Vorspannung, die an die Basis des Transistors 60
angelegt wird. Durch die Verbindung der Basis des Treibertransistors 20 mit dem Verzweigungspunkt 64 in
dem Kollektorkreis des Transistors 60 erfolgt eine Steuerung des genannten Treibertransistors in
Abhängigkeit von dem Zustand an dem Kondensator 54.
Während einer Operation wird z. B. ein nach unten gehendes Eingangssignal, z. B. das in
Fig. 1 gezeigte Signal 78, mit einer typischen Dauer von zwei MikroSekunden an den Eingang 8 des NAND-Gliedes
10 gelegt. Dadurch wird der aus den NAND-Gliedern 10 und 12 gebildete Sperrkreis gesetzt,
wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, das in Fig. 1 mit 80 bezeichnet ist und das nach unten
geht und bewirkt, daß der Zeitkreis in Fig. 1 zu arbeiten beginnt.
14. September 1976
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Das in Fig. 1 gezeigte Ausgangssignal 80
weist eine Dauer von 700 Mikrosekunden auf und tritt zwischen t-, und t, auf und wird normalerweise durch
einen zusatz!ichen, nicht gezeigten Kreis an einen Matrixdrucker zur Erregung einer entsprechenden
Spule angelegt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf den hier gezeigten Anwendungsfall beschränkt, sondern
kann ebenso in anderen geeigneten Schaltungen und Geräten eingesetzt werden.
Wenn der Impuls 80 infolge eines Eingangsimpulses 78 nach unten geht, wird dieses Signal über
die Leitung 24 an eine Zeitschaltung angelegt, die
die Widerstände 26 und 28 und den Kondensator 30 enthält, der mit der Basis des Transistors 32
verbunden ist und diesen öffnet. Die Zeitverzögerung
infolge der Zeitverzögerungsschaltung ist während dieser Phase der Schaltungsoperation unbedeutend.
Durch die Beendigung der Leitfähigkeit
des Transistors 32 wird bewirkt, daß der Kondensator 54 geladen wird, und zwar über ein Widerstandsnetzwerk,
das die Widerstände 38, 40, 44 und 48 sowie den Widerstand 50 enthält, wenn der Schalter 52 sich in
einer entsprechenden Position befindet. Nach einer Zeitperiode, die abhängig ist von der Spannung der
Spannungsquelle 46 (diese ist lediglich durch einen Anschluß angedeutet) und dem Widerstandswert des
vorgenannten Widerstandsnetzwerkes erreicht die Spannung am Kondensator 54 die Referenzspannung,
die an der Basis des Transistors 60 anliegt, so daß der Transistor 56 zu leiten beginnt und den
Emitterstrom des Transistors 60 übernimmt, wodurch letzterer gesperrt wird.
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Da der Basisstrom für den Transistor 20 über den Transistor 60 geliefert wird, bewirkt die Sperrung
des Transistors 60, daß der Transistor 20 ebenfalls gesperrt wird. Zuvor befand er sich in seinem Sättigungs·
bereich. Dadurch wird bewirkt, daß der Widerstand 16 den Eingang des NAND-Gliedes 12 nach unten zieht, wodurch
bewirkt wird, daß die Ausgangsspannung (Zeitpunkt t.,)
nach oben geht und den Sperrkreis zurücksetzt, wodurch der Ausgangsimpuls 80 beendet wird. Der übergang auf
den hohen Pegel in dem Ausgangssignal wird über die Leitung 24 übertragen und gelangt über das Zeitverzögerungsnetzwerk, das die Widerstände 26 und 28
und den Kondensator 30 enthält, zu der Basis des Transistors 32. Nach einer Zeitverzögerung von etwa
2,5 Mikrosekunden wird der Transistor 32 wieder
eingeschaltet, wodurch eine Entladung des Kondensators
54 über den Widerstand 34 bewirkt wird. Die Zeitverzögerung ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß
der Kondensator 54 auf ein Potential geladen werden kann, das etwas oberhalb der tatsächlichen Schwellenwerteinschal tspannung des Transistors 56 liegt, so
daß etwas mehr als ein Minimum eines Basisstromes erzeugt wird, der zur Einschaltung des Transistors
an dessen Basis erforderlich ist und daß sichergestellt
ist, daß der Transistor 60 öffnet. Diese Zeitverzögerung stellt auch sicher, daß der Sperrkreis
genügend Zeit zum Zurücksetzen hat.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Entladung des Kondensators 54 um 99 % in
25 Millisekunden. Der Transistor 56 wird ausgeschaltet
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und die Transistoren 60 und 20 werden eingeschaltet, wobei
der Transistor 20 in seinen Sättigungsbereich geht und die Schaltung nun wieder für einen weiteren Eingangsimpuls 78
empfänglich ist.
Durch eine Bewegung des Schalters 52 von einem Kontakt zu dem anderen wird die Zeit verändert, die zur
Ladung des Kondensators 54 erforderlich ist. Auf diese Weise kann die Ausgangsenergie der mit dem Impuls 80
beaufschlagten Spule auf zwei unterschiedlich Pegel
gesetzt werden.
Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung in Volt (X-Achse) und der Ausgangsimpulsdauer in Mikrosekunden (Y-Achse) in der dargestellten Ausführungsform für unterschiedliche Einstellungen
des regelbaren Widerstandes 40, wobei der Schalter 52 bei jedem eingestellten Wert des Widerstandes 40 in beide
Positionen geschaltet wird, Die Kurven A und B zeigen die Verhältnisse, die beim Schließen und Uffnen des
Schalters 52 auftreten, wobei der Wert des Widerstandes 40 in Fig. 2 rechts angegeben ist. Die Vielseitigkeit bzw.
Veränderbarkeit der erfindungsgemäßen Schaltung wird
somit klar ersichtlich.
Im nachfolgenden werden verschiedene Werte
der in der Schaltung1 gemäß Fig. 1 verwendeten Schaltungskomponenten angegeben. Diese Werte sind
jedoch nur beispielhaft zu verstehen, da auch die erfindungsgemäße Schaltung mit anderen Schaltungselementen aufgebaut werden kann, um die notwendigen
Verhältnisse für die verschiedenen Anwendungsfälle zu berücksichtigen.
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2 R 4 18 3 U
Bezugs- zei chen |
Nr | Bautei' | I/Wert | Ohm | Ohm | Bezugs- zei chen |
Nr. | Bauteil | /Wert |
10 | Nr | . 7400 | TTL Gate | Ohm | Ohm | 48 | 3000 | Ohm | |
12 | . 7400 | TTL Gate | Mi krofarad | Ohm | 50 | Nr. | 12000 | Ohm | |
16 | 300 | Ohm | . 2N3904 | Ohm | 54 | 0,047 | Mi krofarad | ||
18 | Hr | 2700 | Ohm | 120 | 56 | 2N3904 | |||
20 | . 2N3906 | 12U00 | 58 | 2700 | Ohm | ||||
26 | 1000 | 50000 | 60 | 2N3904 | |||||
28 | 470 | 2700 | 62 | 5600 | Ohm | ||||
30 | Nr | 0,01 | 66 | Nr. | 4700 | Ohm | |||
32 | 68 | 1800 | Ohm | ||||||
34 | 72 | 1000 | Ohm | ||||||
38 | 74 | 1800 | Ohm | ||||||
40 | 76 | 1N752A | |||||||
44 | |||||||||
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Leerseite
Claims (1)
- Patentansprüche:ι 1. ' Monostabile Schaltung zur Erzeugung von Ausgangs-Tmpulsen mit im wesentlichen konstantem Energieinhalt, trotz Veränderungen der Versorgungsspannung, gekennzeichnet durch eine bistabile Schaltung (10, 12) mit einem ersten (8) und einem zweiten (14) Eingang und einem Ausgang (22), wobei ein Eingangssignal (78) an den ersten Eingang angelegt wird, wodurch die Erzeugung eines Ausgangsimpulses (80) eingeleitet wird, durch Spannungsvergleichsvorrichtungen (56, 60), durch eine Ladevorrichtung (54), die mit einer Energiequelle (46) und mit dem ersten Eingang der genannten Vergleichsvorrichtung verbunden ist, durch Vorspannungsvorrichtungen (68, 76) zur Lieferung eines Vorspannungspotentials am zweiten Eingang der Spannttngsvergleichsvorrichtung» durch einen Schalter (32) t der zwischen den Ausgang und die Ladevorrichtung geschaltet ist und durch eine Steuerkopplungsvorrichtung (20), die zwischen einen Ausgang der genannten Spannungsvergleichsvorrichtung und den zweiten Eingang geschaltet ist» wobei der Beginn des Ausgangsimpulses (80) bewirkt, daß der Schalter (32) eine Entladung der Ladevorrichtung (54} von der Energiequelle (46) verursacht und beim Erreichen eines Potentials in der Entladevorrichtung, das mit dem, Vorspannungspotential übereinstimmt» bewirkt wird» daß die genannten Vergleichsvorrichtungeti (56» 60) bewirken» daß ein Steuersignal über die Steiierkopplungsvorrichtung (20) an den zweiten Eingang (14) angelegt wird, wodurch der Ausgangs impuls beendet wird und die Vorspannungsvorrichtung (68-76) ein festes Vorspartniingspotential liefert, wobei die Dauer des Äüsgaiftgsintpiilses in einer umgekehrten Beziehung zu Veränderungen in dem Potential der Energiequelle steht.709813/073214. September 1976ORKaINALvt - I2. Monostabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsvorrichtung eine Zenerdiode (76) enthält, die zwischen die Energiequelle (46) und ein Referenzpotential geschaltet ist.3. Monostabile Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Spannurtgsvergleichsvorrichtungen erste und zweite Signalübertragungsvorrichtungen (56, 60) enthalten, deren entsprechende erste Elektroden mit der Energiequelle (46) verbunden sind und dessen zweite Elektroden miteinander verbunden sind und dessen erste und zweite Steuerelektroden in entsprechender Weise mit dem ersten und zweiten Eingang der genannten Spannungsvergleichsvorrichtungen verbunden sind.4. Monostabile Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schalter ein drittes Signalübertragungselement (32) enthält, dessen erste Elektrode mit der Entladevorrichtung (54) verbunden ist und dessen zweite Elektrode mit einem Bezogspotential verbunden ist und dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang der bistabilen Vorrichtung (10, 12) verbunden ist.5. Monostabile Schaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Zeitverzögerungsnetzwerk (26-30), das zwischen die genannte Steuerelektrode des dritten Signalübertragungselementes (32) und den Ausgang der bistabilen Vorrichtung (10, 12) geschaltet ist.14. September 1976709813/07326. Monostabile Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuerkopplungsvorrichtung eine vierte Signalübertragungsvorrichtung (20) enthält, deren erste Elektrode mit der Energiequelle (46) verbunden ist und deren zweite Elektrode mit dem zweiten Eingang der bistabilen Vorrichtung (10, 12) verbunden ist und deren Steuerelektrode mit dem Ausgang der Spannungsvergleichsvorrichtung verbunden ist.7. Monostabile Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladevorrichtung mit der Energiequelle über ein veränderbares Widerstandsnetzwerk (40-52) verbunden ist.8. Monostabile Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Vorrichtung aus zwei kreuzweise miteinander verbundenen NAND-Gliedern (10, 12) besteht.14. September 197670981 3/0732
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