DE2718124C2

DE2718124C2 - Taktgeberschaltung

Info

Publication number: DE2718124C2
Application number: DE19772718124
Authority: DE
Inventors: Ernest James Ivybridge Devon Moorey
Original assignee: ML Engineering Plymouth Ltd
Current assignee: ML Engineering Plymouth Ltd
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1977-04-23
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE2718124A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Taktgeberschaltung für Langzeilintervalle mit einem Kondensator, dessen Ladekreis einen Widerstand einhält, und mil einem mit dem Kondensator verbundenen Schwcllenkreis zur Erzeugung eines Ausgangssignals, sobald die Kondensatorspannung eine Schwellcnwcrtamplitude erreicht.

Zur Einstellung eines bestimmten Zeitintervalls ist die Verwendung eines Widersiands-Kapaziiäiskreises bekannt. Hierbei sind zur Einstellung eines Langzciiiniervalls große Kapazitäten erforderlich. Außerdem kann das eingestellte Intervall in üblichen Widerslands-Kapazilätskreisen unter bestimmten Umstanden kleiner werden, beispielsweise beim Schadhafiwerden des Kondensators. Dies ist für einen Zeitgeber unannehmbar, der beispielsweise in einem Eisenbahnsignalsystem verwendet wird, bei dem ein störungsfreier Betrieb entscheidend ist. Hierbei würde das Auftreten eines Fehlers in einer Komponente des Zeitgebers zu einer Betriebsstörung oder einer Vergrößerung des eingestellten Intervalls führen. Aus der DE-OS 20 60 524 ist beispielsweise ein Schaltsystem für Schaltvorgänge nach entsprechenden Langzeitintervallen bekannt. Die ίο Steuerung des Intervalls wirkt durch intermittierendes Laden eines Kondensators. Das Laden geschieht in Kurzintervallen, so daß die Spannung progressiv ansteigt. Ein Schwellenkreis oder ein Komparator ist ohne einen zwischengeschalteten Prüfkreis direkt mit π dem Kondensator verbunden und überwacht die Kondensatorspannung kontinuierlich. Wenn der die Ladung des Kondensators steuernde Schalter im geschlossenen Zustand versagt, wird der Kondensator von der Stromquelle aufgeladen und nach einem Zeitintervall zu einem Auslösen des Schwellenwertkomparators führen, wobei das Zeitintervall kürzer ist als das normale Zeitintervall. Das wäre eine Gefahrensituation, insbesondere, wenn der Schwellenwertkoniparator als Teil eines Impulserzeugerkreises benutzt wird, oder

2^r> als Taktgeber. Somit ist die Schaltung der Entgegenhaltung nicht für einen fehlersicheren Betrieb geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Taktgeber so auszubilden, daß auch verhältnismäßig lange Intervalle fehlerfrei eingestellt werden können.

¹⁽¹ Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die im Anspruch I und den folgenden Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Da der Kondensator nur teilweise durch jeden Prüfvorgang einladen wird, nimmt die Amplitude der in

i> dem Prüfungskreis erzeugten aufeinanderfolgenden Impulse progressiv zu, bis die durch den Schwcllenkreis bestimmte Schwcllenamplitiide erreicht wird, wenn ein Aiisgangssignal erzeugt wird. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn der Ladung des Kondensators und

ι» dem Arsgangssignal ties Priifkreises wird allein durch den Kondensator und seinen I .adekreis bestimmt. Wenn ein fehler auftritt, wird der Kondensator dauernd kurzgeschlossen, so daß der Prüfkreis wirkungslos wird. Ein für diesen Zweck geeignetes Schallelement isi ein

■*"> Flächen-Feldeffekt-Transistor.

Ein solches Schaltelement kann periodisch durch Impulse eines Impulsgeneratorkreises geschlossen werden, der eine Folge von kurzen Impulsen abgibt.

Wähcrnd eines jeden Prüflingszeitintervalls einzieht

"'" der Inipulsübertrager dem Kondensator einen kleinen Teil der in ihm gespeicherlen Energie, die durch das Schließen des Schaltelement bestimmt wird. Diese dem Kondensator entzogene Energie wird in dem Inipulsüberlragcr dazu verwendet, den Schwellenkreisdetek-

^r'i tor auszulösen, wenn die Impiilsaiiipliiiide ilen vorbestimmten Schwellenwert erreich;.

Das Ausgangssignal des Schwellenkreises kann zum Betätigen eines Schalters oder eines Relais verwendet werden, wodurch eine Steuerfunktion erhalten wird.

wi Alternativ kann der .Schwellenkreis mit einem monoski- bilen Kreis verbunden werden, der einen zum Kondensator parallelen Schalter kurzschließt, wenn er durch das Aiisgangssignal ties Schwellenkreises betätigt wird, um den Kondensator vollständig zu entladen.

h'i Wenn der monosiabile Kreis in seinen stabilen Zustand zurückkehrt, wird der Taktgeber in seine Anfangsstellung umgeschaltet, und ein weiterer l.atle/vkliis ties Kondensators beginnt. Wenn tier Taktgeber in dieser

Weise verwendet wird, wird ein niederfrequentes Ausgangssignal von Rechteckwellenform erzeugt, dessen Frequenz konstant ist, so daß der Taktgeber als Niederfrequenzgenerator in Signalanlagen verwendet werden kann.

Die Erfindung soll im einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert werden, in denen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht sind. Es zeigt

F i g. 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 F i g. 1 erzeugt weiden,

Fig.3 ein Schaltbild einer praktischen Ausführung eines erfindungsgemäßen Taktgebers und

Fig.4 das Schaltbild eines Niederfrequenzimpulsgenerators zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Taktgeber.

Gemäß F i g. 1 besteht der Taktgeber im wesentlichen aus einem Kondensator C,, der über einen Widerstand R, an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. so daß er über diesen Widerstand und den Primärteil eines Hochfreqeunz-Impulsübertragers T langsam geladen wird. Das Laden des Kondensators wird kurzzeitig in Intervallen durch kurzzeitiges Schließen nur eines Schaltelements 5 unterbrochen, das parallel zum Kondensator C, und zum Primärteil des Impulsübertragers T liegt. Das Schallelement S wird während der kurzen Zeitintervalle nur durch kurze Schaltimpulse mit einer Dauer von 50 Nanosckundcn geschlossen, die durch einen Impulsgenerator P erzeugt werden. Das Schaltelement 5schließt für solche kurzen Zeitintervalle, daß der Kondensator C, bei jedem Schließen des Schaltelemcnts .S" nur teilweise entladen wird. |ede solche teilweise Entladung des Kondensators C, bewirkt einen Stromimpuls in einem durch den Priniärieil des Impulsüberiragers T gebildeten Priil'krcis. der dann einen Impuls au^r den Eingang eines Schwellenkreises I überträgt. Da der Kondensator C", bei jedem Schließen des Schaltelement S nur teilweise entladen wird, wird die Ladung des Kondensators C, allmählich größer. Infolgedessen vergrößert sich auch die Amplitude des durch den Impulsiiberirager T am Eingang lies .Schwellenkreises I geprüften Impulses, wie dies schematisch in F i g. 2 veranschaulicht ist. bis die Amplitude einen Schwellenwert /. erreicht, wenn der .Schwellenkreis / in Hetrieb gesetzt wird. Wenn dies der Fall ist, wird der Schwellenkreis I nur so lange einen Alisgangsimpuls für einen Schalter oder ein Relais abgeben und aufrechterhalten, wie der Impulseiiigang ties Schwellenkreiscs I aufrechterhalten wird.

Die Wirkungsweise des Taktgebers hängt im wesentlichen von dem periodischen Prüfen der Ladung des Kondensators C, ab. ohne daß /u irgendeinem Zeitpunkt der Kondensator C, vollständig entladen wird, so daß das Inbetriebsetzen des Schwellenkreiscs 1. der zum Anzeigen des Zeitintervalls verwendet werden kann, nach einer Anzahl von Prüflingen eintritt, die abwechselnd durch den Widerstand R, und die Kapazität C, des Ladestromkreises bestimmt werden.

Die Frequenz der von dem Impulsgenerator /' erzeugten periodischen Priifimpulse muß so im Verhältnis zu der Ladungsrate des Kondensators C, durch ilen Widerstand R₁ gewählt werden, daß das resultierende · eingestellte Intervall für praktische Zwecke bestimmt wird durch die Größe ties Widerstandes R₁ und der Kapa/.ilät des Kondensators C). 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.

Fig.3 zeigt eine praktische Schaltung eines erfindungsgemäßen Taktgebers. Widerstände, Kondensatoren und Transistoren dieses Kreises sind mit R. Cund T bezeichnet und fortlaufend von links nach rechts in

ίο üblicher Weise numeriert, mit Ausnahme des Kondensators und Widerstandes, die mit C,und W,bezeichnet sind. Das Schaltelement 5im Stromkreis der Fig.3 besteht aus einem Flächen-Feldeffekt-Transistor 7j. Positive Prüfimpulse werden durch einen Zweitransistor-Kaskadenschaltkreis 71, Ti erzeugt, der mit einem Steuerkreis Wi, Ci vereinigt ist. Dieser erzeugt eine Folge von sehr kurzen Impulsen mit einer Dauer von 50 Nanosekunden, die an das Tor des Feld-Effekt-Transistors 7j 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. Dies verursacht abwechselnd eine teilweise Entladung des Kondensators C, (der dem

r> Kondensator C der F i g. 1 entspricht), über den Primärteil L\.\ eines Impulsübertragers L\. dessen Sekundärtcil Lm mit einem normalerweise nichtleitenden Schalltransistor 7i verbunden ist. Dieser wird kurzzeitig eingeschaltet, wenn die Impulse des Sekun-

iii därteils L\_tt einen durch die Stromzuführung bestimmten Schwellenwert übersteigen, und zwar nach einem Zeitintervall, der, wie in bezug auf die Fig. 1 und 2 erläutert, bestimmt wird durch die Werte des Widerstandes R₁, des Kondensators C, und die Wicklungsvcr-

)"> hältnissedes Impulsübertragers L]. Parallel zum Emitter und Kollektor des Transistors Ti liegt ein Kondensator (\ der zusammen mit einem Widerstand Wr als Impulsschwan/.-Kreis wirkt. |edesmal wenn der Transistor T, leitet, entlädt er den Kondensator ('_·. der beim

4" Ausschalten des Transistors Ti durch den Widerstand Wr geladen wird. Ein aus den Transistoren Γ. und T_n bestehender Detektorkreis ist mil dem Kollektor des Transistors Tx verbunden und hai einen Rechieckwelleiuuisgang von geeignetem Impiilslaslvcrhältiiis. das

·:'> durch den Kondensator C₂ und Widerstand Wr bestimmt wird. Dieser Rechteckwelleiiausgang wird über einen Ausgangsiransistor T₁, einen Ausgangstransformalor l._: und einen Gleichrichter Dx bis D-, zu einem Relais W; geleitet und hält dieses im erregten Zustand. Heim

"in Aufhören der impulse des Impulsübertragers l.\ wird das Relais W/ enterregt.

Wenn aus irgendeinem Grunde ein Fehler des Vorspannungspotcntials auftritt, das an das Gitter des Feldeffekttransistors T₁ gelegt wird, wird letzterer

^r>"> leitend, schließt den Kondensator Cj kurz und verursacht ein Verschwinden der Impulse, so daß das Relais W/. enterregt wird.

In der folgenden Tabelle sind die typischen Werte der Komponenten und der Typenbestimnumgen für eine

Ό praktische Ausführung der Schaltung gemäß F i g. 3 angegeben.

Widerstände (Ohm):
Wi, W,: I Kilo-Ohm
W,: 470 K
W₁: 10
W-,: 470
W₁,: H)K

R₇:1 Mega-Ohm

Rh: 5.6 K

/?,:470

/?,o:1OO

/?,,:470

/?,:50K-10M

Speisespannung:
18 Volt

Kondensatoren (Farad):
Ci:470pico
C₂: lOOpico
C,: 15 μ

Transistoren:

r,:2N2907A

T₂:2 N2369

7"3:2N4391

Γ₄:2Ν2907Α

7V2N4393

r„:2N2222A

7"₇:BUY47

Die Typenbezeichnung der Transistoren entspricht internationalem Standard.

F i g. 4 zeigt schematisch eine praktische Schaltung eines Niederfrequenz-Impulsgenerators mit einem Taktgeber. Ein Feldeffekttransistor Si bildet das Schaltelement S der Fig. 1 und wird während kurzei Zeitintervalle durch Zuführung einer Folge von 50 Nanosekunden-Impulse an sein Gitter leitend, die von einem Impulsgeneratorkreis stammen. Der Impulsgeneratorkreis besteht aus einem Zweitransistor-Kaskadenschaltkreis, der periodisch einen von der Gleichstrom-

quelle geladenen Kondensator O kurzschließt.

In der in I" i g. 4 dargestellten Schaltung ist der mit dem Sekundärteil des Impulsübertragers 7"verbundene Schwcllcnkrcis 1 mit einem monostabilen Keis 2 verbunden, der in Abhängigkeit von dem umschalten des Schwellcnkrcises 1 in Betrieb gesct/t wird und ein zweites Schaltelement schließt, das aus einem weiteren, parallel zum Kondensator Cliegendcn Feldeffekttransistor S: gebildet wird. Die Dauer der von dem monostabilen Kreis 2 abgegebenen Impulse ist derart, daß der Kondensator C vollständig entladen wird, bevor der nionostabile Kreis 2 in sienen Ausgangszustand umkehrt, wodurch der durch den Transistor Sj gebildete Schalter wieder geöffnet wird, so daß das vollständige Laden des Kondensators C wieder beginnt. In der Wirkung bildet diese Anordnung einen Niederfrequenzimpulsgenerator.

Wenn der Stromkreis der Fig. 3 ausgeschaltet wird. oder wenn die Stromzuführung ausfällt, wird der Feldeffekttransistor T₁ normalerweise leitend, und schließt den Kondensator C₁ kurz. In gleicher Weise werden in der Schaltung der F i g. 4 die Transistorschaltelcmente Si und S: normalerweise leitend, wenn die Stromzuführung ausgeschaltet wird, wobei der Kondensator Ci kurzgeschlossen wird, so daß der Taktgeber unwirksam wird. Ein Fehler in dem Kondensator C, 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

IE Sl' Patentansprüche:

1. Taktgeberschaltung für Langzeitintervalle mit einem Kondensator, dessen Ladekreis einen Widerstand enthält, und mit einem mit dem Kondensator verbundenen Schwellenkreis zur Erzeugung eines Ausgangssignals, sobald die Kondensatorspannung eine Schwellenwertamplitude erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (S: Tr, Si) vorgesehen sind, um einen Prüfkreis (T: L₁) periodisch für die Dauer von so kurzen Zeitinterval len parallel zum Kondensator (C₁) zu schalten, daß der Kondensator (C₁) nur teilweise während eines jeden Schließzustandes der Schaltmittel entladen wird, daß der Schwellenkreis (1) mit dem Prüfkreis (T: Li) verbunden ist, so daß die Spann.ing des Kondensators (C₁) periodisch überwacht wird, ohne den Kondensator voll zu entladen, wobei Impulse zunehmender Amplitudenhöhe in Intervallen im Prüfkreis erzeugt werden, so daß der Schwellenkreis (1) ein Ausgangssignal nach einem Zeitintervall erzeugt, welches durch den Ladekreis bestimmt ist und welches von der Kapazität des Kondensators fC,;abhängt.

2. Taktgeberschaltung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (S: Tr, S]) im Ruhezustand der Schaltung geschlossen sind.

3. Taktgeberschaltung nach den Ansprüchen I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkreis einen Impulstransformator (T) umfaßt, durch dessen Priniärtcil der Kondensator (C₁) teilweise beim Schließen der Schaltmittel (S; Tr, Si) entladen wird, wobei der Sektindärteil des Impulslransformaiors (T) mil dem Schwcllenkreis verbunden ist.

4. Taklgeberschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellcnwcrtamplitude ties Schwellenkreises (I) von der Speisespannung abgeleitet und proportional zu dieser is;.

1. Taktgeberschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß cine monostabile Vorrichtung (2) mit dem Ausgang des .Schwellenkreises (I) verbunden ist, um durch dessen Auslösung in Betrieb gesetzt zu werden, wobei der Ausgang der nionoslnbilen Vorrichtung mit dem Prülkreis (T: Li) verbunden ist. um den letztgenannten oder den zeitbeslimmeiulen Kondensator für ein vorbestimmtes Zeitintervall, das jeder Auslösung des Schwellenkreises folgt, unwirksam zu machen.