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Betr.: M 615/em
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" Taktgeberschaltung Die Erfindung betrifft eine Taktgeberschaltung.
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Zur Einstellung eines bestimmten Zeitintervalls ist die Verwendung
eines Widerstands-Kapazitätskreises bekannt. Hierbei sind zur Einstellung eines
Langzeitintervalls große Kapazitäten erforderlich.
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Außerdem kann das eingestellte Intervall in üblichen Widerstands-Kapazitätskreisen
unter bestimmten Umständen kleiner werden, beispielsweise beim Schadhaftwerden des
Kondensators. Dies ist für einen Zeitgeber unannehmbar, der beispielsweise in einem
Eisenbahnsignalsystem verwendet wird, bei dem ein störungsfreier Betrieb entscheidend
ist. Hierbei wdrde das Auftreten eines Fehlers in einer Komponente des Zeitgebers
zu einer Betriebsstörung oder einer Vergrößerung des eingestellten Intervalls führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Taktgeber so auszubilden,
daß auch verhältnismäßig lange Intervalle fehlerfrei eingestellt werden können.
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Gemäß der Erfindung enthält der Taktgeber einen mit einem Widerstands-Ladekreis
versehenen Kondensator, parallel zu welchem kurzzeitig in Intervallen ein Prüfkreis
geschaltet wird, der die Spannung parallel zum Kondensator überwacht, ohne diesen
völlig zu entladen, und dadurch in Intervallen Impulse erzeugt,
wobei
mit dem Prüfkreis ein Schwellenkreis verbunden ist, der ein Ausgangssignal erzeugt,
wenn die geprüften Impulse eine Schwellenwertamplitude nach einem Zeit intervall
erreichen, das durch den Ladestromkreis bestimmt und von der Kapazität des Kondensators
abhängig ist.
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Da der Kondensator nur teilweise durch jeden Prüfvorgang entladen
wird, nimmt die Amplitude der in dem Prüfungskreis erzeugten aufeinanderfolgenden
Impulse progressiv zu, bis die durch den Schwellenkreis bestimmte Schwellenamplitude
erreicht wird, wenn ein Ausgangssignal erzeugt wird. Das Zeitintervall zwischen
dem Beginn der Ladung des Kondensators und dem Ausgangssignal des Prüfkreises wird
allein durch den Kondensator und seinen Ladekreis bestimmt.
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Vorzugsweise enthält der Prüfkreis ein Schalt -element, das durch
eine Reihe von Impulsen gesteuert wird, von denen jeder das Schließen des Schaltelements
während eines so kurzen Zeitintervalls bewirkt, daß der Kondensator während eines
jeden Schließens des Schalters nur teilweise entladen wird.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise derartig ausgebildet, daß es im
Ruhezustand geschlossen ist. Wenn ein Fehler am Schaltelement auftritt, wird der
Kondensator dauernd kurzgeschlossen, so daß der Prüfkreis wirkungslos wird. Ein
für diesen Zweck geeignetes Schaltelement ist ein Flächen-Feldeffekt-Transistor.
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Ein solches Schalt element kann periodisch durch Impulse eines Impulsgeneratorkreises
geschlossen werden, der eine Folge von kurzen Impulsen abgibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Prüfkreis einen Impulsübertrager,
durch dessen Primärteil der Kondensator beim Schließen des Schaltelements teilweise
entladen wird. Während eines jeden Prüfungszeitintervalls entzieht der Impulsübertrager
dem Kondensator einen kleinen Teil der in ihm gespeicherten Energie, die durch das
Schließen des Schaltelements bestimmt wird. Diese des Kondensator entzogene Energie
wird in dem Impulsübertrager dazu verwendet, den Schwellenkreisdetektor auszulösen,
wenn die lapulsamplitude den vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
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Das Ausgangssignal des Schwellenkreises kann zum Betitigen eines Schalters
oder eines Relais verwendet werden, wodurch eine Steuerfunktion erhalten wird.
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Alternativ kann der Schwellenkreis mit einem monostabilen Kreis verbunden
werden, der einen zum Kondensator parallelen Schalter kurzschließt, wenn er durch
das Ausgangssignal des Schwellenkreises betätigt wird, um den Kondensator vollständig
zu entladen. Wenn der monostabile Kreis in seinrnstabilen Zustand zurAckkehrt, wird
der Taktgeber in seine Anfangsstellung um, geschaltet, und ein weiterer Ladezyklus
des Kondensators beginnt. Wenn der Taktgeber in dieser Weise verwendet wird, wird
ein niederfrequentes Ausgangssignal von Rechteckwellenfora erzeugt, dessen Frequenz
konstant ist, so daß der Taktgeber als Niederfrequenzgenerator in Signalanlagen
verwendet werden kann.
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Die Erfindung soll im einzelnen anhand der Zeichnungen erliutert werden,
in denen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht
sind.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des Taktgebers zur Erläuterung des
Prinzips seiner Wirkungsweise;
Fig. 2 schematisch die Aufeinanderfolge
von Impulsen, die am Eingang des Schwellenkreises des Schaltbildes der Fig. 1 erzeugt
werden; Fig. 3 ein Schaltbild einer praktischen Ausführung eines erfindungsgemäßen
Taktgebers, und Fig. 4 das Schaltbild eines Nieder frequenzimpulsgenerators zur
Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Taktgeber.
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Gemäß Fig. 1 besteht der Takt geber im wesentlichen aus einem Kondensator
Ct der über einen Widerstand Rt an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, so
daß er über diesen Widerstand und den Primärteil eines Hochfrequenz-Impulsübertragers
T langsam geladen wird. Das Laden des Kondensators wird kurzzeitig in Intervallen
durch kurzzeitiges Schließen nur eines Schaltelements S unterbrochen, das parallel
zum Kondensator Ct und zum Primärteil des Impulsübertragers T liegt. Das Schaltelement
S wird während der kurzen Zeitintervalle nur durch kurze Schaltimpulse mit einer
Dauer von 50 Nanosekunden geschlossen, die durch einen Impulsgenerator P erzeugt
werden. Das Schaltelement S schließt für solche kurzen Zeitintervalle, daß der Kondensator
Ct bei jedem Schließen des Schaltelements S nur teilweise entladen wird. Jede solche
teilweise Entladung des Kondensators Ct bewirkt einen Stromimpuls in einem durch
den Primärteil des Impulsübertragers T gebildeten Prüfkreis, der dann einen Impuls
auf den Eingang eines Schwellenkreises 1 überträgt. Da der Kondensator Ct bei jedem
Schließen des Schaltelements S nur teilweise entladen wird, wird die Ladung des
Kondensators Ct allmählich größer. Infolgedessen vergrößert sich auch
die
Amplitude des durch den Impulsübertrager T am Eingang des Schwellenkreises 1 geprüften
Impulses, wie dies schematisch in Fig. 2 veranschaulicht ist, bis die Amplitude
einen Schwellenwert L erreicht, wenn der Schwellenkreis 1 in Betrieb gesetzt wird.
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Wenn dies der Fall ist, wird der Schwellenkreis 1 nur solange einen
Ausgangsimpuls für einen Schalter oder ein Relais abgeben und aufrechterhalten,
wie der Impulseingang des Schwellenkreises 1 aufrechterhalten wird.
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Die Wirkungsweise des Takt gebers hängt im wesentlichen von dem periodischen
Prüfen der Ladung des Kondensators Ct ab, ohne daß zu irgendeinem Zeitpunkt der
Kondensator Ct vollständig entladen wird, so daß das Inbetriebsetzen des Schwellenkreises
1, der zum Anzeigen des Zeitintervalls verwendet werden kann, nach einer Anzahl
von Prüfimpulsen eintritt, die abwechselnd durch den Widerstand Rt und die Kapazität
Ct des Ladestromkreises bestimmt werden.
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Die Frequenz der von dem Impulsgenerator P erzeugten periodischen
Prüfimpulse muß so im Verhältnis zu der Ladungsrate des Kondensators Ct durch den
Widerstand Rt gewählt werden, daß das resultierende eingestellte Intervall für praktische
Zwecke bestimmt wird durch die Größe des Widerstandes Rt und der Kapazität des Kondensators
Ct. Dieses eingestellte Intervall ist unabhängig von Änderungen der Stromzufuhr,
weil solche Änderungen sowohl die Ladungsrate des Kondensators als auch den Schwellenwert
des Schwellenkreises in entsprechendem Maße beeinflussen.
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Fig. 3 zeigr eine praktische Schaltung eines erfindungsgemäßen Taktgebers.
Widerstände, Kondensatoren und Transistoren dieses Kreises sind mit R, C und T bezeichnet
und fortlaufend von links nach rechts in
üblicher Weise nummeriert,
mit Ausnahme des Kondensators und Widerstandes, die mit Ct und Rt bezeichnet sind.
Das Schaltelement S im Stromkreis der Fig. 3 besteht aus einem Flächen-Feldeffekt-Transistor
T3.
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Positive Prüfimpulse werden durch einen Zweitransistor-Kaskadenschaltkreis
T1, T2 erzeugt, der mit einem Steuerkreis R1, C1 vereinigt ist. Dieser erzeugt eine
Folge von sehr kurzen Impulsen mit einer Dauer von 50 Nanosekunden, die an das Tor
des Feld-Effekt-Transistors T3 geleitet werden. Dieser wird normalerweise durch
Zuführung eines geeigneten Vorspannungspotentials an sein Gitter in nichtleitendem
Zustand gehalten, und wird durch jeden an sein Gitter geleiteten positiven Impuls
kurzzeitig geschaltet.
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Dies verursacht abwechselnd eine teilweise Entladung des Kondensators
Ct (der dem Kondensator C der Fig. 1 entspricht), über den Primärteil L1A ein es
Impulsübertragers L1, dessen Sekundärteil L1B mit einem normalerweise nichtleitenden
Schalttransistor T4 verbunden ist. Dieser wird kurzzeitig eingeschaltet, wenn die
Impulse des Sekundärteils L1B einen durch die Stromzuführung bestimmten Schwellenwert
übersteigen, und zwar nach einem Zeit intervall, der, wie in bezug auf die Fig.
1 und 2 erläutert, bestimmt wird durch die Werte des Widerstandes Rt, des Kondensators
Ct und die Wicklungsverhältnisse des Impulsübertragers L1. Parallel zum Emitter
und Kollektor des Transistors T4 liegt ein Kondensator C2, der zusammen mit einem
Widerstand R7 als Impulsschwanz-Kreis wirkt. Jedesmal wenn der Transistor T4 leitet,
entlädt er den Kondensator C2, der beim Ausschalten des Transistors T4 durch den
Widerstand R7 geladen wird. Ein aus den Transistoren T5 und T6 bestehender Detektorkreis
ist mit dem Kollektor des Transistors T4 verbunden und hat einen Rechteckwellenausgang
von geeignetem Impulse tastverhältnis, das durch den Kondensator C2 und Widerstand
R7 bestimmt wird. Dieser Rechteckwellenaus gang wird über einen Ausgangstransistor
T7, einen Ausgangstransformator L2 und einen Gleichrichter D4 bis
D7
zu einem Relais RL geleitet und hält dieses im erregten Zustand. Beim Aufhören der
Impulse des Impulsübertragers L1 wird das Relais RL enterregt.
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Wenn aus irgendeinem Grunde ein Fehler des Vorspannungspotentials
auftritt, das an das Gitter des Feldeffekttransistors T3 gelegt wird, wird letzterer
leitend, schließt den Kondensator C2 kurz und verursacht ein Verschwinden der Impulse,
so daß das Relais RL enterregt wird.
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In der folgenden Tabelle sind die typischen Werte der Komponenten
und der Typenbestimmungen für eine praktische Ausführung der Schaltung gemaß Pig.
3 angegeben.
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Widerstände: R1, R2 i 1 Kilo-Ohm Kondensatoren: C1: 470 pico (Ohm)
R : 470 K (Farad) C2: 100 pico R4 : 10 Ct: 15 R5: 470 Transistoren : T1: 2N2907A
R6 : 10 K T2: 2N2369 R7 : 1 Mega-Ohm T3: 2N4391 R8 : 5.6 K T4: 2N2907A Rg : 470
T5: 2N4393 Rlo: 100 T6: 2N2222A R11: 470 T7: BUY47 Rt : 50 K - 10 M Speisespannung:
: 18 Volt
Die Typenbezeichnung der Transistoren entspricht internationalem
Standard.
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Fig. 4 zeigt schematisch eine praktische Schaltung eines Niederfrequenz-Iipulsgenerators
mit einem Taktgeber. Ein Feldeffekttransistor S1 bildet das Schaltelement S der
Fig. 1 und wird während kurzer Zeitintervalle durch Zuführung einer Folqe von 50
Nanosekunden-Impulse an sein Gitter leitend, die von einem Impulsgeneratorkreis
stammen. Der Impulsgencratorkreis besteht aus einem Zweitransistor-Kaskadenschaltkreis,
der periodisch einen von der Gleichstromquelle geladenen Kondensator C2 kurz schließt.
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In der in Pig. 4 dargestellten Schaltung ist der mit dem Sekundärteil
des Impulsübertragers T verbundene Schwellenkreis 1 mit einem monostabilen Kreis
2 verbunden, der in Abhängigkeit von dem Einschalten des Schwellenkreises 1 in Betrieb
gesetzt wird und ein zweites Schaltelement schließt, das aus einem weiteren, parallel
zum Kondensator C liegenden Feldeffekttransistor S2 gebildet wird. Die Dauer deren
dem monostabilen Kreis 2 abgegebenen Impulse ist derart, daß der Kondensator C vollständig
entladen wird, bevor der monostabile Kreis 2 in seinen Ausqangszustand umkehrt,
wodurch der durch den Transistor S2 gebildete Schalter wieder geöffnet wird, so
daß das vollständige Laden des Kondensators C wieder beginnt. In der Wirkung bildet
diese Anordnung einen Niederfrequenzimpulsgenerator.
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Wenn der Stromkreis der Fig. 3 ausgeschaltet wird, oder wenn die Stromzuführung
ausfällt, wird der Feldeffekttransistor T3 normalerweise leitend, und schließt den
Kondensator Ct kurz. In gleicher Weise werden in der Schaltung der Fig. 4 die Transistorschaltelemente
und S2 normalerweise leitend, wenn die stromzuführung ausgeschaltet wird, wobei
der Kondensator Ct kurzgeschlossen
wird, so daß der Taktgeber unwirksam
wird. Ein Fehler in dem Kondensator Ct entweder beim Öffnen oder zum Kurzschließen
des Stromkreises, ruft ebenfalls einen Fehler im Betrieb des Taktgebers hervor,
so daß der Geber in seiner Betriebscharakteristik völlig ausfallsicher ist. Wenn
der Taktgeber entsprechend Fig. 4 in einem Niederfrequenz-Impulsgenerator verwendet
wird, wird hierdurch sichergestellt, daß die Frequenz des Ausgangsrechteckwellensignals
unter keinen Umständen zunimmt.