DE2641834A1

DE2641834A1 - Monostabile schaltung

Info

Publication number: DE2641834A1
Application number: DE19762641834
Authority: DE
Inventors: John Wayne Stewart
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1977-03-31
Also published as: CA1068339A; US4015145A; JPS5239319A; DE2641834B2; FR2325245B1; DE2641834C3; FR2325245A1; GB1514387A

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.

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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.

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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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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.

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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

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.

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ORKaINAL

vt - I

2. 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.

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6. 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.

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