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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Kippschaltung nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
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Es sind Kippschaltungen bekannt, die im Eingang einen Unijunction-Transistor
aufweisen, dessen Steuerspannung von einem Kondensator eines RC-Gliedes bestimmt
ist, das an einer Eingangsspannung liegt. Sofern die Eingangsspannung am RC-Glied
für eine vorbestimmte Zeit ansteht, kann sich der Kondensator auf einen Spannungswert
aufladen, der ein Durchschalten des Unijunction-Transistors bewirkt.
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Wird eine derartige Kippschaltung für einen Tonfolge-Auswerter gebraucht,
wobei die Auswertezeit, das heißt die Zeit, während der ein Eingangssignal anliegen
muß, um sicher erkannt zu werden, einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 50 ms,
einhalten muß, ergeben sich Schwierigkeiten, die nachstehend unter Heranziehung
der Fig. 1 näher erläutert werden.
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In dem Diagramm nach Fig.1 a ist eine mit einem Fünftonfolge-Auswerter
auszuwertende Fonftonfolge gezeigt, bei der die einzelnen gleich langen (ti « 70
ms) Tonfrequenzimpulse der Frequenzen f1 ... f5 unmittelbar aufeinanderfolgen, mit
Ausnahme des Tonfrequenzimpulses mit der Frequenz f3, der beispielsweise verstümmelt
bzw. verkürzt empfangen wird. Der
Auswerter besitzt einen umschaltbaren
Schwingkreis, der nach jeder richtig erkannten Tonfrequenz auf die folgende Tonfrequenz
umgeschaltet wird.
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Damit eine einwandfreie Auswertung der einzelnen Tonfrequenzimpulse
gewährleistet ist, kann die weiter oben beschriebene Kippschaltung mit einem RC-Glied
verwendet werden, dessen Zeitkonstante so bemessen ist, daß die Kippschaltung erst
dann betätigt wird, wenn ein gleichgerichteter Tonfrequenz impuls für eine Dauer
tA « 50 ms an dem RC-Glied ansteht; vgl. Fig. 1 b.
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Aus Fig. 1 b ist ersichtlich, daß bei völlig entladenem Kondensator
des RC-Gliedes die Kondensatorspannung Uc nach der Zeit tA1X50 ms einen Schwellwert
Us erreicht, der das Kippen der Kippschaltung und das Umschalten des Resonanzkreises
auslöst.
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Danach kann sich der Kondensator etwas, aber nicht völlig, entladen,
so daß, wenn der zweite Tonfrequenzimpuls mit der Frequenz f2 empfangen wird, noch
eine gewisse Restspannung vorhanden ist, wodurch die Schwellspannung Us beim nächsten
gleichgerichteten Tonfrequenzimpuls schon nach einer Dauer tA2 < tA1 erreicht
wird. Beim Auswerten des dritten, verkürzten Tonfrequenzimpulses mit der Frequenz
f3 wird dann eine Dauer tA3 wirksam, die kleiner als tA1 und größer als tA2 ist.
Wegen der verschieden großen Restspannungen an dem Kondensator des RC-Gliedes, die
zwischen 0 ... 0,8 V liegen können, sind die Dauern tA1 tA3 derart verschieden,
daß bei einer Auswertezeit tA, die nahe an der Zeit für einen Tonfrequenzimpuls
liegt, eine einwandfreie Auswertung nicht möglich ist.
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Die Restspannung an dem Kondensator hängt außerdem von der Flußspannung
der Diodenstrecke des Unijunction-Transistors ab, die ihrerseits temperaturabhängig
ist.
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Würde man im übrigen eine derartige Kippschaltung zum Aufbau eines
freischwingenden Impulsgebers verwenden, indem man das RC-Glied an die Betriebsspannung
der Kippschaltung anschließt, wobei bei Beendigung jedes Kippvorganges der Kondensator
über den Transistor entladen wird, so verbliebe auch in diesem Fall eine Restspannung
am Kondensator, die durch die Flußspannung der Dicdenstrecke des Unijunction-Transistors
bestimmt ist.
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Diese Flußspannung ist jedoch temperaturabhängig, so daß die Eigenfrequenz
des Oszillators damit temperaturabhängig wird. Um den Haltestrom des Unijunction-Transistors
nicht zu erreichen, darf außerdem der Wert des Widerstandes des RC-Gliedes bei einer
vorgegebenen Spannung einen bestimmten Wert nicht unterschreiten.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kippschaltung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, zu Beginn
eines jeden neuen Kippvorganges definierte Spannungsverhältnisse dadurch herzustellen,
daß der Kondensator bei Beendigung eines Kippvorganges vollständig entladen wird.
Hierdurch wird bei konstanter Eingangsspannung die Ansprechzeit der Kippschaltung
konstant, wodurch der Aufbau von Tonfolgeauswertern mit konstanter Auswertezeit
möglich wird. Die Funktionsfähigkeit bei kleiner
Betriebs spannung
von zum Beispiel 4 V ist in weitem Temperaturbereich gewährleistet, weil der Widerstandswert
des RC-Gliedes kleiner als bei der bekannten Schaltung gewählt werden kann.
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Andererseits wird durch die vollständige Entladung des Kondensators
am Ende jedes Umschaltvorganges die Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz eines
mit der Kippschaltung aufgebauten Impulsgebers vermindert.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Kippschaltung möglich.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem
Kondensator die Kollektor-Emitterstrecke eines zusätzlichen Transistors parallel
geschaltet, der von dem Ausgangssignal der Kippschaltung über eine Zeitstufe angesteuert
wird. Das Zeitglied ist dabei so bemessen, daß der dem Kondensator parallel geschaltete
Transistor diesen solange kurzschließt, bis er sicher entladen ist.
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Zeichnung Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kippschaltung
sowie zwei Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Kippschaltung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 a ein Diagramm einer Fünftonfolge, Fig. 1 b einen Kurvenverlauf der Spannung an
einem Kondensator eines mit dem Eingang der Kippschaltung verbundenen RC-Gliedes;
Fig.
2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Kippschaltung, Fig. 3 a bis 3 e den Spannungsverlauf
in Abhängigkeit von der Zeit an verschiedenen Schaltungspunkten der Schaltungen
nach Fig. 2 und 4, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Fünftonfolge-Auswerters
mit einer erfindungsgemäßen Kippschaltung und Fig. 5 ein Schaltbild eines Impulsgebers
mit einer erfindungsgemäßen Kippschaltung.
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Beschreibung der Erfindung In Fig. 2 ist das Schaltbild einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kippschaltung dargestellt. Eine Kippstufe 10 ist eingangsseitig
mit einem RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12,
beschaltet, dem über eine Klemme 13 eine Eingangsspannung UE zuführbar ist. Der
Verbindungpunkt zwischen dem Widerstand 11 und dem Kondensator 12 ist auf den Eingang
eines Unijunction-Transistors 14 geführt. Die Schwellspannung der Kippschaltung
bestimmt ein Spannungsteiler 15, 16, der zwischen eine Versorgungsleitung 17 (+
UB) und Masse geschaltet ist. Vom Abgriff des Spannungsteilers aus den Widerständen
15, 16 führt eine Verbindung über einen Kondensator 18 an die Basis eines Transistors
19, der über einen Widersstand 20 an + UB liegt. Der Kollektor des Transistors 19
liegt über einen Widerstand
21 an Masse und ist auf eine den Ausgang
der Kippstufe 10 bildende Klemme 22 geführt. Vom Kollektor des Transistors 19 führt
weiterhin eine Leitung zu einer Diode 23, die an ein aus einem Widerstand 24 und
einem Kondensator 25 bestehendes RC-Glied mit kleiner Zeitkonstante angeschlossen
ist. Parallel zu dem Kondensator 25 liegt ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen
26, 28, dessen Abgriff mit der Basis eines zusätzlichen Transistors 27 verbunden
ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke parallel zum Kondensator 12 des RC-Gliedes
geschaltet ist.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist wie folgt:
Legt man an die Klemme 13 eine Eingangsspannung, zum Beispiel + UE UBZ lädt sich
der Kondenator 12 auf (Fig. 3 b), bis die Schwellspannung US des Unijunction-Transistors
14 erreicht ist und dieser durchschaltet. Dann gelangt über den Kondensator 18 ein
negativer Impuls (Fig. 3 d) auf den Transistor 19, wodurch wiederum am Widerstand
21 und damit an der Klemme 22 ein positiver Impuls (Fig. 3 e) entsteht. Der positive
Impuls gelangt über die Diode 23 und lädt über den Widerstand 24 den Kondensator
25 verhältnismäßig schnell auf. Über den Widerstand 26 gelangt nun ein Basisstrom
in den Transistor 27, der durchschaltet und damit den Kondensator 12 kurzschließt.
Dieser Vorgang ist jedoch nicht mit dem Abklingen des positiven Impulses am Kollektor
des Transistors 19 beendet, vielmehr bleibt durch die Ladung des Kondensators 25
der Transistor 27 noch länger durchgeschaltet, da sich der Kondensator 25 wegen
der für die Kondensatorspannung in Sperrichtung geschaltete Diode 23 nur über die
Widerstände 26, 28
entladen kann. Auf diese Weise wird der Kondensator
12 bis zur Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von etwa 50 mV entladen.
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Dies bedeutet jedoch, daß bei Beginn eines neuen Aufladevorganges
des Kondensators 12 definierte Spannungsverhältnisse vorliegen.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Blockschaltbild eines Mehrtonfolge-Auswerters
wird eine Kippstufe 10, wie sie oben beschrieben wurde, verwendet. Eine Eingangsklemme
29 ist auf einen Vorverstärker 30 geführt, der über einen Begrenzer 31 mit einem
umschaltbaren Schwingkreis 32 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des umschaltbaren
Schwingkreises 32 gelangt über einen Verstärker 33 auf einen Gleichrichter 34, der
an die Klemme 13 des aus dem Widerstand 11 und dem Kondensator 12 bestehenden und
an die Kippstufe 10 angeschlossenen RC-Gliedes angeschlossen ist. Die Klemme 22
der Kippstufe 10 ist mit einem Zähler 35 verbunden, der mit einer Kodierstufe 36
verbunden ist. Die Kodierstufe 36 steuert den umschaltbaren Schwingkreis 32.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten Auswerters ist wie folgt:
Zum selektiven Anrufen von Sprechfunkgeräten sind beispielsweise zehn verschiedene
Tonfrequenzen festgelegt, und vom Sender werden nacheinander fünf Tonfrequenzimpulse
mit jeweils einer dieser Frequenzen und vorbestimmter Länge ausgesandt; vgl.
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Fig. 1 a. Jedem Empfänger ist nun eine bestimmte fünfstellige Frequenzfolge
zugeordnet, und der umschaltbare Schwingkreis 32
ist in Ruhestellung
durch die Kodierstufe 36 und den Zähler 35 auf eine Resonanzfrequenz eingestellt,
die der ersten Frequenz des speziellen Empfangsgerätes entspricht.
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Trifft auf den Empfänger nun ein Signal dieser Frequenz, gelangt dieses
über den Vorverstärker 30 und den Begrenzer 31 auf den umschaltbaren Schwingkreis
32, von wo es, da Resonanz besteht, auf den Verstärker 33 und den Gleichrichter
34 weitergeleitet wird. An der Klemme 13 liegt nun eine Eingangsspannung UE an,
die, um Fehlauslösungen durch Störsignale zu unterdrücken, mindestens eine vorgegebene
Auswertezeit, beispielsweise 50 ms, anstehen muß. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes
11, 12 und die Schwellspannung des Transistors 14 (Fig. 1) sind daher so eingestellt,
daß nach Ablauf der vorgegebenen Auswertezeit der Transistor 14 durchschaltet. Dies
hat zur Folge, daß an der Klemme 22 ein positiver Impuls auftritt, der den Zähler
35 eine Stelle weiterschaltet, wodurch über die Kodierstufe 36 der umschaltbare
Schwingkreis 32 auf die nächste Frequenz entsprechend der dem Empfänger eigentümlichen
Frequenzfolge umgeschaltet wird. Würde nun der Kondensator 12 des RC-Gliedes 11,
12 zu Beginn jedes Kippvorganges der Kippstufe 10, das heißt bi Eintreffen einer
Eigenfrequenz auf die Eingangsklemme 29, einen unterschiedlichen Ladungswert aufweisen,
wäre die Zeit bis zum Erreichen der Schwellspannung des Transistors 14 variabel,
wodurch die oben erläuterten Nachteile auftreten. Da jedoch beim Durchschalten des
Transistors 14 und Auftreten eines positiven
Impulses an der Klemme
22 der Kondensator 12 durch Durchschalten des ihm parallel geschalteten Transistors
27 entladen wird, liegen bei Auftreffen des nächsten Signales auf die Eingangsklemme
29 am Eingang der als Auswerteschaltung dienenden Kippstufe 10 definierte Verhältnisse
vor.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kippstufe 10 in einem Impulsgeber ergibt sich gegenüber der in Fig. 1 dargestellten
Grundschaltung eine Änderung nur insofern, als die Klemme 13 mit der Versorgungsleitung
* UB) 17 verbunden ist. Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung schwingt im Takte der
Aufladung des RC-Gliedes 11, 12.
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Sieht man zunächst von den Bauelementen 23, 24, 25, 26, 27, 28 ab,
würde der Kondensator 12 bei Durchschalten des Transistors 14 entsprechend dem Erreichen
seiner Schwellspannung, auf die Flußspannung der Diodenstrecke des Transistors 14,
üblicherweise 800 mV, entladen. Von diesem Ladungszustand begänne der neue Ladungsvorgang
und damit der neue Kippvorgang des in Fig. 5 dargestellten Impulsgebers. Ändert
sich nun die Flußspannung der Diodenstrecke des Transistors 14, beispielsweise durch
Temperatureinflüsse (- 2mi/°C), ändert sich damit auch die Zeit, die benötigt wird,
um den Kondensator 12 soweit aufzuladen, daß die Schwellspannung des Transistors
14 erreicht wird. Dies bedeutet jedoch eine Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz
des in Fig. 5 dargestellten Impulsgebers. Wird jedoch der Kondensator 12 in der
oben beschriebenen Weise nach jedem Kippvorgang durch den ihm parallel geschalteten
Transistor 27 entladen, bleibt als
Restspannung am Kondensator
12 die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von etwa 50 mV stehen. Diese Spannung
ist so klein, daß der Temperatureinfluß vernachlässigbar ist. Im übrigen bleibt
auch hier die Funktionsfähigkeit in einem größeren Temperaturbereich als bei den
bekannten Impulsgenera,orschaltungen erha1-ten. Das gilt besonders für kleine Betriebsspannungen
von zum Beispiel 4 V.
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L e e r s e i t e