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Durch die in der Steuerschaltung für die die beiden Kontaktlagen
bildenden Transistoren vorgesehene verzögerte Auswertung der Ausgangsimpulse des
der galvanischen Trennung zwischen Eingangskreis und Ausgangsschaltkreis dienenden
elektronischen Koppelelementes ist sichergestellt, daß durch kurzzeitige Störimpulse
keine Schaltfunktion ausgelöst wird. Bei der bereits vorgeschlagenen Anordnung wird
ein Ansprechen durch Rückentladungsvorgänge auf der Leitung beim Aussenden von Zeichen
vermieden, da die Aussteuerung des elektronischen Koppelelementes in Abhängigkeit
von einem von der Übertragung gelieferten und diesen Fall kennzeichnenden Signal
erfolgt. Bei einem eintreffenden stark verzerrten Zeichen, das im Grenzfall also
nur eine auswertbare Halbwelle der Eingangswechselspannung enthält, wird durch die
Zeitstufe bewirkt, daß ein Ausgangsimpuls entsteht, der eine für das einwandfreie
Ansprechen einer nachgeschalteten Einrichtung erforderliche Mindestlänge aufweist
Nach dem Wirksamschalten des beispielsweise der Arbeitsseite zugeordneten Transistors
bzw. Transistorstufe, wird die Aussteuerung während der bei einem längeren Zeichen
zwischen den Einzelimpulsen vorhandenen LAcken aufrechterhalten. Diese Signallücken
können durch Störeinflüsse entstehen. Sie können ihre Ursache auch darin haben,
daß für das aufgenommene und gleichgerichtete Wechselstromzeichen bedingt durch
bereits in der übertretung vorhandene Bauelemente zusätzliche Schwellwerte vorhanden
sind. Die Formierung des Mindest-Impülses und die ßberbrßkkung von Signallücken
erfolgt dabei lediglich dann, wenn von den anliegenden Zeichen die zeitliche Ansprechschwelle
überwunden wurde. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die voranstehend erliuterte
Anordnung nach der Hauptanmeldung kostengünstiger
zu realisieren
und eine an die Schaltungsbedingungen angepaßte Stromversorgung vorzusehen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Baueinheiten, die zusammen mit
RC-Gliedern die bilden, bilden und die der unmittelbaren Ansteuerung der die beiden
Kontaktlagen nachbildenden Transistoren dienenden Glieder als in C-MOS-Technik integrierte
Einheiten ausgeführt sind.
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Gegenüber einem ausschließlich diskrete und damit kostenintensive
Bauteile enthaltenden Aufbau der erforderlichen Steuerschaltung wird durch die Verwendung
von integrierten Baueinheiten, die in großen Stückzahlen hergestellt werden und
damit kostengünstig sind, eine Verringerung der erforderlichen Kosten erreicht Die
hinsichtlich der Störbefreiung und der Auswertesicherheit zu stellenden Anforderungen
werden jedoch ohne jegliche Einschränkung erfüllt.
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Werden für die in den Zeitstufen enthaltenen Baueinheiten und für
die der unmittelbaren Ansteuerung der die Umschaltefunktion nachbildenden Transistoren
nicht unterschiedliche sondern gleichartige integrierte Einheiten verwendet, so
ergibt sich neben einem einheitlichen Aufbau eine weitere Kostenersparnis Dies ist
insbesondere dann der Fall, wenn die Anzahl der gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
Schmitt-Trigger darstellenden integrierten Funktionseinheiten so gewählt ist, daß
sie in einer einzigen im Handel angebotenen Baueinheit enthalten sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der für die Steuerung
der elektronischen Einheiten erforderliche Strom als Fehlstrom über die Last an
der Ruhe-oder Arbeitsseite jeweils über eine Diode gezogen.
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Zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Stromaufnahme unabhängig
von steuerungsbedingten Änderungen der Versorgungsspannung ist erfindungsgemäß eine
an die im Fehlstromkreis angeordneten Dioden angekoppelte Konstantstromquelle vorgesehen.
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Durch diese sowohl für die Arbeits- als auch die Ruheseite gemeinsame
Konstantstromquelle wird auch sichergestellt, daß die Stromaufnahme in zulässigen
Grenzen bleibt Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Ruhe- und die Arbeitskontaktlage
jeweils durch einen Vorstufen- und einen Endtransistor gebildet. Im Kollektorkreis
des jeweiligen Endtransistors ist ein Vorwiderstand angeordnet, wobei der nicht
unmittelbar mit dem Kollektor verbundene Anschlußpunkt dieses Widerstandes über
eine Zenerdiode mit dem Kollektor des Vorstufentransistors verbunden ist Dadurch
wird erreicht, daß die Verlustleistung nicht am Transistor, sondern an diesem Vorwiderstand
abfällt Durch die Zenerdiode im Kollektorkreis des Vorstufentransistors wird der
Stromfluß verringert Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschneben
Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und F i g. 2 ein Zeitdiagramm
der an den einzelnen Scbaltungspunkten auftretenden Impulse bzw. Impulsziege; F
i g. 3 zeigt ein ausschließlich mit Schmitt-Triggern als integrierte Baueinheit
ausgef0hrte Steuerschaltung.
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Im Ausluhrungabeispiel nach der F i g. 1 für die elektronische Nachbildung
eines in einer Wechselnromßbertraggng zur Verarbeitung der Wechselstromzeichen eingesetzten
Telegrafenrelais sind mit El bis E3 die Anschlußpunkte bezeichnet Diese Anschlußpunkte
entsprechen den in der Wechselstromübertra-
gung bereits vorhandenen und mit den
Wicklungen des zu ersetzenden Relais verknüpften Schaltungspunkten.
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Die an den dem Eingang E3 entsprechenden Anschlußpunkten bisher vorhandenen
Bauelemente werden durch die mit dem Widerstand R 1 gekennzeichnete Ohmsche Nachbildungsschaltung
Zersetzt Im Ruhezustand steht am Ansteuereingang E 1 kein Wechselstromzeichen an.
Der Optokoppler K1 ist in gleicher Weise wie der über den Sperreingang E2 anzusteuernde
Optokoppler K 2 gesperrt Diese optoelektronischen Koppelelemente dienen der galvanischen
Trennung des mit der Leitung verknüpften Eingangskreises von der Steuerschaltung
bzw. den Ausgabeschaltkreis. Die Steuerschaltung enthält im wesentlichen Zeitstufen,
die eine verzögerte Auswertung, die Erzeugung eines Mindestimpulses und die Überbrückung
von Impulslücken ermöglichen, sowie Schaltglieder zur Ansteuerung der den Umschaltekontakt
nachbildenden Transistorendstufen. Für die Zeitstufen werden in Verbindung mit RC-Gliedern
ebenso wie für die die Transistor-Endstufen ansteuernden Schaltglieder in C-MOS-Technologie
integrierte Bausteine verwendet. Mit diesen Bausteinen, nämlich den Schmitt-Triggern
14 bis 17 und den Gattern 11 bis 13 läßt sich nun die Steuerschaltung im Vergleich
zu einem Aufbau dieser Steuerschaltung mit diskreten Bauteilen erheblich kostengünstiger
realisieren.
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Bei gesperrten Optokopplern K1 und K 2 liegt im Ruhezustand am Eingang
des Schmitt-Triggers 17 über die Widerstände R 7 und R 8 Erdpotential. Da an dem
das Eingangssignal invertierenden Ausgang somit Minuspotential auftritt, wird der
Transistor T1 gesperrt Am Eingang des Schmitt-Triggers 15 steht Minuspotential und
damit am Eingang 2 des UND-Gatters 12 Erdpotential. Da den beiden weiteren Eingängen
von 12 ebenfalls Erdpotential anliegt, ist somit die UND-Bedingung für dieses Gatter
erfüllt, und an seinem Ausgang liegt Minuspotential. Zur Nachbildung des Umschaltekontaktes
sind im Ausführungsbeispiel für die Ruhe- und Arbeitsseite jeweils zwei in Kaskade
geschaltete Transistoren T2 und T3 bzw. T4 und T5 vorhanden.
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Die der Ruheseite zugeordnete, aus den Transistoren T4 und T5 bestehende
Transistorendstufe wird vom Ausgang des Gatters 12 über den Widerstand R19 leitend
gesteuert Mit dem Gatter 11 wird das Ausgangssignal des Gatters 12 invertiert, so
daß die der Arbeitsseite des nachzubildenden Umschaltekontaktes zugeordnete und
aus den Transistoren T2 und T3 bestehende Transistorendstufe gesperrt ist Ober die
Sprechadern gelangen die übertragenen Wechselstromzeichen nach Passieren eines zur
Abriegelung der Sprechfrequenzen vorhandenen Tiefpasses und einer nachfolgenden
Gleichrichteranordnung auf den Eingang El. Über die Eingangsschutzschaltung S1 steuern
nun die gleichgerichteten 25 bzw. 50 Hz-Wechselstromzeichen den Optokoppler K 1.
Diese Eingangsschutzschaltung enthält zur Filterbedimpfung den Widerstand R 4, die
Diode D 3 als Schutz gegen Verpolung und die aus der Diode D 3, den Widerstand R22
und den dazu parallelgeschalteten Kondensator C 1 bestehende Kombination als Gegenkopplung.
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Letztere dient dazu Toleranzen bei der Steuerung des Ansteuerstromes
auszugleichen Während der Einzelimpulse des anliegenden Wechselstromzeichens wird
die Emitter-Kollektorstrecke des Optokopplers niederohmig gesteuert Ober den Widerstand
R 7 steht somit am Eingang des Schmitt-Trigers 17 während der Wechselstromhalbwellen
Minuspotential
und demzufolge am invertierenden Ausgang Erdpotential
an. Über den Widerstand R11 wird der Kondensator C2 aufgeladen. Über dieses RC-Glied
findet nun in Verbindung mit dem nachgeschalteten Schmitt-Trigger 15 eine zeitliche
Bewertung statt. Ein anliegender Signalimpuls wird erst dann wirksam weitergeleitet,
wenn er länger als eine vorgegebene Zeitspanne andauert. Es wird nämlich nur für
den Fall die Ladespannung am Kondensator C2 einen Wert erreichen, der der Schwellspannung
des Schmitt-Triggers entspricht. Auf diese Weise können sich kurzzeitig auftretende
Störimpulse nicht auswirken. Nach Über windung dieser Ansprechverzögerung durch
ein anliegendes Signal schaltet der Schmitt-Trigger 15, so daß an seinem Ausgang
Minuspotential anliegt. Dadurch wird das Schalten des Gatterausganges von 12 von
Minuspotential nach Erdpotential bewirkt. Die Ruheseite der Kontaktnachbildung wird
dadurch gesperrt und die aus den Transistoren T2 und T3 gebildete Arbeitsseite über
das Gatter 11 aufgrund des an seinem Ausgang entstehenden Minuspotentials angesteuert.
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Das die Ansprechverzögerung überwindende Nutzsignal kann, bedingt
durch Einschwingvorgänge, im Grenzfall auf einen einzigen durch den Optokoppler
K1 in einen Rechteckimpuls umgewandelten Impuls verkürzt sein. Es muß jedoch auch
in einem solchen Fall sichergestellt werden, daß das Ansprechen der Arbeitsseite
während einer das Wirksamschalten nachgeordneter Schaltelemente ermöglichenden Zeitdauer
erfolgt.
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Diese Bereitstellung eines Mindestimpulses erfolgt du h die über den
Widerstand R 13 vorgenommene Umladung des Kondensators C5. Während der Kondensatorumladung
wird bei kurzen Eingangssignalen über 15 das Erdpotential am Ausgang des Gatters
12 durch das am Ausgang des Schmitt-Triggers 14 entstehende Minuspotential aufrechterhalten.
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Bei mehreren Wechselstromhalbwellen müssen, um am Ausgang ein durchgehendes
Gleichstromsignal zu erhalten, die Lücken zwischen den Wechselstromhalbwellen überbrückt
werden. Um Zeichenverzerrungen gering zu halten, ist diese Oberbrückungszeit lediglich
so groß zu wählen, daß mit Sicherheit die Lücke zwischen zwei Halbwellen überbrückt
wird. Die Überbrückung dieser Lücken zwischen den Einzelimpulsen erfolgt durch die
aus den Widerständen R 9, R 10, dem Transistor T1, dem Kondensator C3 und dem Schmitt-Trigger
16 bestehenden Zeitstufe.
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Durch das am Ausgang des Schmitt-Triggers 17 während der anstehenden
Signalimpulse auftretende Erdpotential wird der Transistor T1 über den Widerstand
R 9 angesteuert und der über den Widerstand R 10 geladene Kondensator C3 entladen.
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Während der Lücke zwischen zwei Einzelimpulsen eines anliegenden Nutzsignals
lädt sich der Kondensator C3 über den Widerstand R 10 auf. Die Zeitkonstante muß
so gewählt werden, daß die Aufladezeit bis zum Erreichen der Schwellspannung des
Schmitt-Triggers größer ist als die maximal zeitliche Lücke zwischen zwei Einzelimpulsen.
Die zum Schalten des Schmitt-Triggers 16 erforderliche Schwellspannung wird dann
nämlich nur mit Beendigung der ein Nutzzeichen darstellenden Impulsfolge erreicht,
da der Kondensator durch jeden Impuls dieser Impulsfolge vor Erreichen des Schwellspannungswertes
entladen wird. Während der Lücken der aus einem auswertbaren Zeichen entstandenen
Einzelimpulse steht also am Eingang des Schmitt-Triggers 16 Minuspotential und damit
an seinem Ausgang Erdpotential. Die dadurch bewirkte Impulsverlänge-
rung, das heißt
die kontinuierliche Aussteuerung der der Arbeitsseite zugeordneten Transistorendstufe
ist also nur wirksam, wenn die Ansprechverzögerungszeit durch das jeweilige Eingangssignal
überwunden wurde.
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In diesem Fall liegt an den beiden Eingängen des Gatters 13 Erdpotential,
so daß das Gatter 12 während des Aufladevorganges des Kondensators C3 bis zur Schwellspannung
des Schmitt-Triggers 16 während der Lücken zwischen den einzelnen Impulsen leitend
gehalten wird.
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Zum Schutz gegen Kabelrückentladungen nach dem Senden aus einer Übertragung
ist eine Sperrmöglichkeit vorhanden. Durch das unmittelbar nach einem derartigen
Sendevorgang an den Eingang E2, dem ebenfalls eine Schutzschaltung S 2 nachgeschaltet
ist, angelegte Signal wird das optoelektronische Koppelelement K 2 leitend gesteuert.
Dadurch wird der Ansteuereingang blockiert, das heißt, es wird die Steuerung der
den Umschaltekontakt eines Telegrafenrelais nachbildenden Transistorendstufen über
das optoelektronische Koppelelement K 1 verhindert.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 wird der erforderliche
Strom für die Steuerung der elektronischen Bauelemente als Fehlstrom über den an
der Arbeits- und/oder Ruheseite vorhandenen Lastwiderstand L gezogen. Da in bestimmten
Fällen nur eine der beiden Transistorendstufen beschaltet ist, wird der Strom wahlweise
über die Diode 8 oder die Diode 9 abgenommen. Durch die aus den Transistoren T6
und T7 sowie den Widerständen R 14 und R 15 bestehende Konstantstromquelle wird
sichergestellt, daß der Strom innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Mit der Zenerdiode
D 4 wird die Versorgungsspannung stabilisiert. Der ungünstigste Fall liegt vor,
wenn zum Beispiel an der Ruheseite T keine Last anliegt und die Arbeitsseite Z;
die durch den Transistor T2 und T3 gebildet wird, durchgeschaltet ist. Die Dioden
D 6 und D 7 verhindern, daß beim Abschalten induktiver Lasten die zulässige Sperrschaltung
der Transistoren T2, T3 bzw. T4, T5 überschritten wird. Die Transistorendstufen
sind jeweils so ausgelegt, daß die Restspannung höher als die Versorgungsspannung
für diese Steuerschaltung ist und damit über die Konstantstromquelle auch unter
diesen Bedingungen der Steuerstrom gezogen werden kann.
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Durch die Dioden D 5 und D 10 wird die Vergrößerung der Restspannung
der Ausgangsstufen erzielt.
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In den Zeilen a bis g des Impulsdiagramms nach der F i g. 2 sind
diejenigen Impulse bzw. Impulszüge dargestellt, die an den mit den gleichen Bezugszeichen
versehenen Schaltungspunkten der F i g. 1 auftreten.
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Die Zeile a des Impulsdiagramms nach der Fig.2 zeigt beispielsweise
zwei mögliche, am Eingang E 1 anliegende und aus der Gleichrichtung übertragener
Wechselstromzeichen abgeleitete Signalformen. Die Zeile b zeigt die daraus am Ausgang
des optoelektronischen Koppelelements K1 resultierenden Zeichen in Form von Rechteckimpulszügen.
Es ergeben nur diejenigen Einzelimpulse des anliegenden Zeichens einen jeweiligen
Rechteckimpuls, die die Ansprechschwelle A des optoelektronischen Koppelelements
überwinden.
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Die Zeile c zeigt den daraus nach der zeitlichen Bewertung durch
die Ansprechverzögerung am Ausgang des Schmitt-Triggers 15 entstehenden Impulszug
bzw. Einzelimpuls. Ein derartiger Einzelimpuls gemäß Zeile c ergibt sich aus dem
im zweiten Teilabschnitt der Zeile c gezeigten Eingangssignal, da die daraus abgeleiteten
Impulse kurzer Zeitdauer durch die
vorhandene zeitliche Bewertung
unterdrückt werden, so daß lediglich ein einziger auswertbarer Nutzimpuls entsteht.
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Aus diesem Einzelimpuls wird durch die Zeitstufe, die den Kondensator
C5 und den Widerstand R 13 als RC-Glied sowie den Schmitt-Trigger 14 enthält, gemäß
Zeile d ein das Ansprechen nachgeschalteter Einrichtungen sicherstellender Mindestimpuls
erzeugt. Selbstverständlich entsteht auch durch einen Impuls der aus dem im ersten
Abschnitt dargestellten Steuersignal abgeleiteten Impulsfolge ein Mindestimpuls,
der jedoch in diesem Falle unberücksichtigt bleiben kann. Es wird nämlich aus dem
gemäß Zeile c anstehenden Impulszug durch die Auswirkung der den Kondensator C3
enthaltenden Zeitstufe ein Steuerimpuls abgeleitet, der in seiner Zeitdauer zumindest
der Zeitdauer dieses Impulszuges entspricht.
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Wie der Zeile e zu entnehmen ist, ist die in der Zeitstufe enthaltene
Zeltkonstante so gewählt, daß der bei der Aufladung des Kondensators C3 während
der Signallücken erreichte Spannungswert unterhalb der Schaltschwelle s des Schmitt-Triggers
16 liegt, so daß diese Schaltschwelle lediglich nach Beendigung des Impulszuges
erreicht wird.
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Mit dem Erreichen dieser Schaltschwelle ist gemäß Zeile f derjenige
Impuls, der zur Ansteuerung der der Arbeitsseite entsprechenden Transistorendstufe
dient, beendet.
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Der aus dem Einzelimpuls gemäß dem zweiten Abschnitt der Zeile c
durch diese Zeitstufe abgeleitete Impuls kann außer Betracht bleiben, da der entstehende
Mindestimpuls eine demgegenüber größere Zeitdauer aufweist. Die Zeile g zeigt die
Ansteuerung der der Ruheseite zugeordneten und aus den Transistoren T4 und T5 bestehenden
Transistorendstufe. Mit Beginn der Ansteuerung der Arbeitsseite wird also, wie der
Zeile g entnehmbar ist, die Ruheseite nach Wegfall des Ansteuerpotentials gesperrt
und mit Beendigung des Ansteuerimpulses der Arbeitsseite erneut wirksam geschaltet.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 werden als in C-MOS-Technologie
integrierte Baueinheiten ausschließlich Baueinheiten verwendet, die eine Schmitt-Trigger-Funktion
erfüllen. Die sind die Schmitt-
Trigger 11 bis 16, die insgesamt in einem einzigen
Baustein enthalten sind.
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Es ist lediglich die über das optoelektronische Koppelelement K beeinflußte
Steuerschaltung dargestellt, die über die Anschlußpunkte gund fihrerseits der Ansteuerung
der den beiden Kontaktlagen des nachzubildenden Umschaltkontaktes entsprechenden
und nicht dargestellten Transistorendstufen dient.
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Wird durch ein auswertbares Eingangssignal der Transistor des optoelektronischen
Koppelelementes durchgesteuert, so kippt der Ausgang des im Baustein enthaltenen
Schmitt-Triggers 16 auf negatives Potential, das heißt auf das diesem Potential
entsprechende Logikpotential Low. Über den Schmitt-Trigger 15 wird nun der Transistor
T angesteuert. Während der durch den Kondensator C1 und den Widerstand R 1 vorgegebenen
Verzögerungszeit wird jedoch der Emitter des Transistors über den Schmitt-Trigger
14 auf dem dem Erdpotential entsprechenden Logikpotential High gehalten, so daß
er noch gesperrt ist. Nach dem mit Überwinden der zeitlichen Ansprechschwelle erfolgenden
Durchschalten des Transistors T wird der Kondensator C 2 über den Widerstand R 6
sehr rasch geladen. Mit Erreichen der Schwellspannung des Schmitt-Triggers 17 durch
die Kondensatorladespannung erfolgt die Umsteuerung der den Umschaltekontakt nachbildenden
Transistor-Ausgangsstufen, das heißt, die der Ruheseite zugeordnete Endstufe wird
gesperrt und gleichzeitig die der Arbeitsseite zugeordnete Endstufe angesteuert.
Über den eine Gatterfunktion ausübenden Schmitt-Trigger 13 wird über den Widerstand
R 4 der Transistor T während einer durch den Kondensator C3 und den Widerstand R
9 vorgegebenen Zeit leitend gehalten. Dadurch wird ein Ansteuerimpuls erzeugt, der
in seiner Zeitdauer zumindest der Addition der Verzögerungszeiten entspricht, die
durch den Kondensator C3 und dem Widerstand R 8 sowie durch den Kondensator C2 und
den Widerständen R 5 und R 6 vorgegeben sind. Um während des erzeugten Ansteuersignals
Eingangsstõrimpulse zu unterdrücken, wird während der Zeitdauer des erzeugten Ansteuersignals
der Eingang des Schmitt-Triggers 14 über die Diode D 1 auf Logikpotential High gehalten.