DE2921084C2 - Steuerschaltung für eine Induktionsspulenanordnung mit Mittenabgriff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine Induktionsspulenanordnung mit Mittenabgriff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Steuerschaltung ist aus der US-Patentschrift 37 63 383 bekannt. Eine solche Schaltung läßt sich zur Ansteuerung eines Schrittmotors, eines elektrischen Schalters oder eines Relais verwenden; insbesondere findet die hier in Rede stehende Steuerschaltung Anwendung zum Einschreiben und Auslesen von Information in bzw. aus einen Magnetspeicher. Bei einer solchen Steuerschaltung weist die Detektorstufe üblicherweise einen Differenzverstärker aus einem Paar von Transistoren in Emitterschaltung und eine an die miteinander verbundenen Emitter-Elektroden angeschlossene Konstantstromquelle auf. Wird nun die Stromrichtung in der Induktionsspulenanordnung zur Aufzeichnung von Signalen umgekehrt, so wird in der Induktionsspulenanordnung eine Gegen-EMK induziert, die an den Basis-Elektroden der Transistoren der Detektorstufe auftritt. Die Durchbruchspannung zwischen den Basis-Elektroden dieser beiden Transistoren ist gleich der Summe aus dem Vorwärts-Spannungsabfall (Vbe) zwischen Basis und Emitter jedes Transistors und der Rückwärts-Durchbruchspannung (Vebo) zwischen Emitter und Basis jedes Transistors. Übersteigt die genannte Gegen-EMK die Summe (Vbe + V^soJ, so sinkt der Stromverstärkungsfaktor (Hn;) der Transistoren der Detektorstufe ab. Dies führt zu einer unerwünschten Abnahme des Ausgangspegels der Detektorstufe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorzugsweise in integrierter Schaltungstechnik ausführba-

rc Steuerschaltung der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, die die in der Induktionsspulenanordnung induzierte Gegen-EMK herabsetzt, gleichzeitig aber eine Umschaltung der Induktionsspulenanordnung mit hoher Frequenz gestattet Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die danach vorgesehene Klemmschaltung drückt die Gegen-EMK auf weniger als die Durchbruchspannung der Detektorstufe herab. Aus der erwähnten US-Patentschrift 37 63 383 ist es bekannt, die äußeren Anschlüsse der Induktionsspulenanordnung auf eine bestimmte Spannung zu klemmen, doch bewirken die hierzu vorgesehenen, zwischen einem mit dem Mittenabgriff verbundenen Widerstand und dem genannten äußeren Anschlüssen jeweils eingeschalteten Dioden %azu, eine Sättigung der in der Strorr.steuerstufe vorgesehenen Transistoren während des Aufzeichnens von Informationen zu verhindern.

Aus der deutschen Patentschrift 11 04 229 ist eine weitere Steuerschaltung für eine Induktionsspulenanordnung bekannt, bei der diese jedoch keinen Mittenabgriff aufweist. Wiederum ist auch hier eine von zwei Dioden gebildete Klemmschaltung vorgesehen, die jedoch dazu dient, eine Gegen-EMK nicht in der Induktionsspulenanordnung sondern in der Wicklung eines Eingangstransformators zu unterdrücken.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur der Zeichnung beschrieben.

Gemäß der Figur umfaßt ein Magnetkopf einen kreisförmigen Magnetkern 10 und um diesen in der gleichen Richtung gewickelte Induktionsspulen 12/1 und 125. Jeweils einer der beiden Anschlüsse der Spulen 12Λ und 125 ist mit einem Mittenabgriff 14 verbunden, während die anderen Anschlüsse 18Λ und 185 mit einer Stromstcuerstufe 22 verbunden sind. Die Stromsteuerstufe 22 umfaßt ein Paar von Transistoren 24/4 und 245, deren Kollektoren mit den Anschlüssen 18/4 und 185 und deren Emitter gemeinsam mit einer Stromquelle 26 verbunden sind.

Eine Detektorstufe 30 ist ebenfalls mit den Anschlüssen 18/4 und 185 verbunden und umfaßt einen zwischen die Anschlüsse 18/4 und 185gelegten Dämpfungswidersland 20, Transistoren 32/4 und 325, deren Basen jeweils mit einem der Anschlüsse i&A und 185 verbunden sind, einen Transistor 34, dessen Kollektor mit den Emittern der Transistoren 32A und 325 zusammengeschaltet ist, einen Widerstand 36, dessen einer Anschluß mit dem Emitter des Transistors 34 verbunden ist, eine Versorgungsspannung Vee von —4 Volt, die am anderen Anschluß des Widerstands 36 angeschlossen ist, ein Paar von Widerständen 38/4 und 385, die jeweils mit einem der Kollektoren der Transistoren 32A und 325 verbunden sind, und einen Differenzverstärker 40, der mit den Kollektoren der Transistoren 32Λ und 325 verbunden ist. Die anderen Anschlüsse der Widerstände 38/4 und 385sind an eine Versorgungspannung Vcex von 5,1 Volt angeschlossen.

Ein Signal wird in einem magnetischen Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt) aufgezeichnet, indem im Magnetkern 10 ein magnetischer Fluß erzeugt wird, dessen Richtung sich abhängig von dem aufzuzeichnenden Signal ändert. Ein Vorspannungssignal von einer Vorspannungsquelle WS, welches auf einen hohen Pegel von 3,5 Volt eingestellt ist, wird an den Mittenabgriff 14 über eine Leitung 16 von einer Vorspannungsquelle (nicht gezeigt) her geliefert. An die Basen der Transistoren 24A und 245 gelegte Signale W und W nehmen je nach dem aufzuzeichnenden Signal einen hohen Pegel von — 1 Volt oder einen niedrigen Pegel von — 1,4 Volt an. Ein auf die Basis des Transistors 34 gegebenes Signal RS wird zum Sperren bzw. Abschalten des Transistors auf — 4 Volt eingestellt Es fließt also ein Strom entweder von einem Anschluß der Spule 12Λ oder von einem Anschluß der Spule 125, abhängig von dem aufzuzeichnenden Signal. Stromflüsse durch die Spulen 12A und 125 mit unterschiedlichen Richtungen induzieren ma-

ίο gnetische Flüsse mit unterschiedlichen Richtungen.

Ein in einem magnetischem Medium aufgezeichnetes Signal wird folgendermaßen ausgelesen. Das Vorspannungssignal wird auf niedrigen Pegel von 0 Volt gesetzt und die Stromquelle 26 abgeschaltet Das auf die Basis des Transistors 34 gegebene Signal RS wird auf einen hohen Pegel von — 2,6 Volt eingestellt und der Transistor 34 geöffnet bzw. eingeschaltet Eine aus dem Transistor 34, einem Widerstand 36 und einer Spannungsquelle Vee gebildete Konstantstromquelle liefert einen Strom an die Transistoren 32Λ und 325. In den Spulen i2A und 125 wird ein Lesesignal induziert, wobei die Polarität des Signals von der Richtung des Magnetflusses abhängt, welcher an den Spalt des Magnetkerns 10 anliegt. Daher steigt die Spannung an einem der An-Schlüsse 18Λ und 185 an und die Spannung am anderen fällt ab bezüglich der Vorspannung von 0 Volt Daher leitet derjenige der Transistoren 32Λ und 325, welcher die höhere Vorspannung hat, und ein Spannungsfall über einem der beiden Widerstände 38Λ und 385 wird durch den Differenzverstärker 40 nachgewiesen.

Eine Klemmschaltung 560 dient dazu, die in den Spulen 12/4 und 125 während eines Schreib Vorgangs induzierten gegenelektromotorischen Kräfte auf einen gewünschten Wert zu unterdrücken. Die gegenelektromotorischen Kräfte werden induziert, wenn Signale aufgezeichnet werden. Die Schaltung 560 ist von den Anschlüssen ISA und 185 entkoppelt, wenn Signale ausgelesen werden. Wenn die Spannungsdifferenz der Basen der Transistoren 32Λ und 325 zu groß ist, fällt der Stromverstärkungsfaktor Iife der Transistoren 32/4 und 325 ab.

Die Klemmschaltung 560 umfaßt eine Schaltstufe 50 und eine Referenzspannungsquelle 60. Die letztere erzeugt eine Referenzspannung von typischerweise 1,4 Volt auf einer Leitung 700. Die Schaltung 50 umfaßt Transistoren 51Λ und 515 sowie Dioden 54A und 545. Die Referenzspannung wird an die Basen der Transistoren 51/4 und 515 geliefert. Die Emitter der Transistoren 51/4 und 51S sind jeweils mit einem der Anschlüsse ISA und 185 verbunden. Die Diode 54/4 liegt zwischen dem Anschluß 185 und dem Kollektor des Transistors SiA.

Die Diode 545 liegt zwischen dem Anschluß 18Λ und dem Kollektor des Transistors 515.

Die Wirkungsweise der Schaltung der Figur wird nun an dem Beispiel erläutert, daß sich das Signal W von — 1,4 nach — 1 Volt und das Signal Wvon — 1 nach — 1,4 Volt ändert. Unter diesen Bedingungen ändert der Transistor 24/4 seinen Zustand von Aus nach Ein, während der Transistor 245 seinen Zustand von Ein nach Aus ändert. Als Folge davon steigt am Anschluß 18Λ rasch ein Strom an, während der Strom am Anschluß 185 rasch abnimmt. Infolge dieser raschen Stromänderungen in den Spulen 12/4 und 125 werden in diesen gegenelektromotorische Kräfte induziert. Die in der Spule 12Λ induzierte gegenelektromotorische Kraft vermindert die Spannung am Anschluß 18/4 auf weniger als die 3,5 Volt des Vorspannungssignals. Die in der Spule 125 induzierte gegenelektromotorische Kraft erhöht die

Spannung am Anschluß 185 auf mehr als 3,5 Volt.

Der Transistor 51-4 leitet, wenn die Spannung am Anschluß 18/4 einen Wert von ungefähr 0,7 Volt erreicht, was um den Vorwärtsspannungsabfall V_Be (0,7 Volt) zwischen Emitter und Basis weniger als die Basisspannung (1,4 Volt) des Transistors 51Λ ist. Als Foige davon wird der Anschluß \%A bei einer Spannung von 0,7 Volt geklemmt unter welche er nicht abfällt. Mit anderen Worten, es wird die Amplitude der in der Spule HA induzierten gegenelektromotorischen Kraft auf weniger als 2,8 Volt begrenzt.

Da die Spulen 12/4 und 12S eng gekoppelt sind, wird die Amplitude der in der Spule 125 induzierten gegenelektromotorischen Kraft auch auf weniger als 2,8 Volt beschränkt Es ist zu beachten, daß die in der Spule 125 induzierte gegenelektromotorische Kraft die Spannung am Anschluß 185 von 3,5 Volt, was gleich der Spannung des Signals WS ist, auf 63 Volt erhöht

Unterdessen beginnt der Strom welcher durch den Transistor 245 über den Anschluß 185 fließt, unmittelbar bevor der Transistor 245 seinen Zustand von Ein nach Aus ändert, durch die Diode 54,4 und die Transistoren 51/4 und 24/4 zu fließea Ansprechend auf die Änderung des Zustandes des Transistors 245 ändert der Transistor 24A seinen Zustand von Ein nach Aus, und der Transistor 51/4 ist infolge der gegenelektromotorischen Kraft leitend, wie oben erläutert wurde. Der über den Anschluß 185 fließende Strom nimmt also rasch ab. Im Ergebnis ist die Abnahmegeschwindigkeit des Stroms in Spule 125 trotz der Begrenzung der gegenelektromotorischen Kraft nicht in dem Maße verlangsamt Deshalb ist ein Aufzeichnen mit hoher Frequenz weiterhin erzielbar.

Die maximale Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 18Λ und 185 erreicht 5,6 Volt nach dem Schalten der Transistoren 24/4 und 245. Die Durchbruchspannung zwischen den Basen der Transistoren 32Λ und 325 ist gleich der Summe aus dem Vorwärtsspannungsabfall Vbe von 0,7 Volt zwischen Emitter und Basis und der Rückwärtsdurchbruchspannung Vfso von 5,6 Volt zwischen Emitter und Basis. Das heißt, die Durchbruchspannung zwischen den beiden Basen ist gleich 63 Volt, was größer als die maximale Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 18/4 und 185 ist. Die Stromverstärkungsfaktoren /ife der Transistoren 32/4 und 325 werden also nicht vermindert. Im Vergleich dazu erreicht ohne Begrenzung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 18/4 und 185 die Spannungsdifferenz 8 Volt und die Stromverstärkerfaktoren hfE der Transistoren 32/4 und 325 werden abgesenkt

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Referenzspannungsquelle 60, wenn Signale aufgezeichnet werden, erläutert Während des Aufzeichnens werden Signale CE1, WS und CfIVl auf 5,1, 3,5 bzw. - 2,6 Volt eingestellt Eine Versorgungsspannung V_EE ist gleich — 4,0 Volt Transistoren 62 und 66 sind leitend und die Emitterspannung des Transistors 62 ist gleich (V_A — Vbe), was typischerweise 2,8 Volt beträgt wobei V_A die Spannung des Signals WS und V_BE den Vorwärtsspannungsabfall zwischen Emitter und Basis eines Transistors darstellt Über zwei parallel geschaltete Transistoren 70 und 72, eine in Sperrichtung vorgesehene Diode 74 und einen Widerstand 80 fließt ein Strom vom Emitter des Transistors 62 zur Spannungsquelle V_EK. Die Kollektorspannung des Transistors 70 ist gleich (V_A — V₈ — 0,1 Volt), was gleich 2,7 Volt ist. Der Spannungsabfall über der Diode 74 ist gleich der Rückwärtsdurchbruchspannung Vebo zwischen Emitter und Basis eines Transistors. Die beiden Widerstände 76 und 78 haben den gleichen Widerstandswert. Die Spannung im gemeinsamen Punkt der beiden Widerstände 76 und 78 beträgt (K₄- Vbe- 0,1 Volt- 1/2 V_ifl0), was gleich — 0,1 Volt ist. Transistoren 82 und 86 befinden sich im Durchlaßzustand und eine Diode 84 im Sperrzustand, wenn die Signale CEW \ und CEi -2,6 bzw. 5,1 Volt betragen und die Basisspannung des Transistors 82

ίο gleich — 0,1 Volt ist. Infolgedessen ist die Emitterspannung des Transistors 82 (V_A - 2V_BE- 0.1 Volt- 1/2 VfBqA ^was gleich — 0,8 Volt ist. Unter diesen Bedingungen sind Transistoren 92,98 und 100 alle im Durchlaßzustand. Der Transistor 100 und Widerstände 102 und 104 bestimmen die Spannung auf einer Leitung 120, die mit dem Kollektor des PNP-Transistores 98 verbunden ist. Die Widerstände 102 und 104 sind auf 3,1 bzw. 1 kQ. eingestellt. Die bestimmte Spannung ist um 4,1 Vbe höher als die Emitterspannung des Transistors 82 und be-

trägt (V/4 + 2,1 V_BE- 0,1 Volt- 1/2 VfB₀;, was gleich 2,1 Volt ist Infolgedessen ist eine Diode 106 nicht-leitend.

Wenn die Spannung am Anschluß 18Λ den Wert (V_A + 0,1 Vbe— 0,1 Volt— 1/2 Vebo/) erreicht, was gleich 0,7 Volt ist, leiten die Transistoren 51/4 und 110, und die Spannung am Anschluß 18/4 wird nicht niedriger als ungefähr (V_A — 1/2 Vebo), was gleich 0,7 Volt ist. In gleicher Weise wird der Anschluß 185 bei einer Spannung von 0,7 Volt geklemmt weil die Transistoren 515

und 108 leiten, wenn die Spannung am Anschluß 185 den Wert (Va + 0,1 V_BE- 0,1 Volt- 1/2 V_£fl überreicht Die maximale Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 18/4 und 185 beträgt Vebo· Die Durchbruchspannung der beiden Transistoren 32/4 und 325 ist

gleich (Vfßo + V_eE;. Vf₈₀ und Vbe können um 0,25 bzw. 0,02 Volt bezügleich ihrer typischen Werte infolge von Prozeßbedingungsschwankungen variieren. Die Durchbruchspannung (Vebo + V_Be) kann also um 0,27 Volt variieren. Es ist jedoch klar, daß die maximale Spannungsdifferenz von Vebo zwischen den beiden Anschlüssen 18/4 und 185 trotz dieser Schwankung die Durchbruchspannung (Vebo + VßfJ nicht überschreiten kann.

Die Referenzspannungsquelle 60 kann also eine Referenzspannung liefern, welche trotz der Prozeßschwan-

kung ein Absinken des Stromverstärkungsfaktors Artverhindert.

Es ist darauf hinzuweisen, daß natürlich für gewisse Zwecke die Referenzspannung unabhängig von Vota eingestellt werden kann. Der Entwurf einer Schaltung

für diese Zwecke ist für den Fachmann ohne weiteres erreichbar.

Während des Auslesens ist die Referenzspannungsquelle 60 durch Einstellen der Signale CEi, WS und CfWl auf 5,1, 0 bzw. —4,0 Volt von den Anschlüssen 18/4 und 185 entkoppelt Deshalb sind alle Transistoren der Referenzspannungsquelle 60 mit Ausnahme der Transistoren 108 und 110 im Sperrzustand. Die Spannung der Leitung 120 ist bei einer Spannung von — Vhf. geklemmt Während des Aufzeichnungsvorgangs befindet sich die Leitung 120 auf einer Spannung von 2,1 Volt Wenn der Auslesevorgang beginnt wird die Leitung 120 über einen Pfad, der die Widerstände 102 und 104, eine Diode 84 und die Widerstände 78 und 80 enthält, mit der Spannungsquelle Vi-e verbunden. Die Leitung 120 wird

dann über diesen Pfad rasch auf die durch die Diode 106 bestimmte Spannung— V_Beentladen. Infolgedessen leiten die Transistoren 51/4,515, 108 und 110 nicht es sei denn die Anschlüsse 18/4 und 185 werden auf die Span-

nung — 3 Vbh abgesenkt. Bei einem herkömmlichen Magnetspeicher ist das Lesesignal nicht so groß, daß die Spannung an den Anschlüssen 18/4 und 18ß auf eine solch niedrige Spannung abgesenkt wird. Die Schaltung 560 ist also während des Lesevorgangs von den Zweigen 18/4 und 18ßentkoppelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für eine durch einen Mittenabgriff in zwei Spulen aufgeteilte Induktionsspulenan-Ordnung, enthaltend eine mit den Spulen (12A, 12BJ verbundenen Stromsteuerstufe (22) zur Strombeaufschlagung der Spulen selektiv über einen der einen Spule (12AJ zugeordneten ersten Anschluß (18.AJ oder einen der anderen Spule (12BJ zugeordneten zweiten Anschluß (ISB),

eine an den ersten und den zweiten Anschluß (18Λ, 18BJ angeschlossene Detektorstufe (30) zur Detektierung von in der Induktionsspulenanordnung induzierten Spannungen, und eine Vorspannuftgsquelle (WS) zur Versorgung der Spulen (12A, i2B) mit einer Vorspannung über den Mittenabgriff (14),

gekennzeichnet durch ein« Klemmschaltung (560) mit einer ersten Schalteinrichtung (5iA), die eine von einer Referenzspannungsquelle (60) mit einer Referenzspannung beaufschlagte Steuerelektrode, eine mit dem zweiten Anschluß (18BJ über eine Gleichrichter-Einrichtung (54A) verbundene Eingangselektrode und eine mit dem ersten Anschluß (18AJ verbundene Ausgangselektrode aufweist und die den ersten Anschluß (18AJ mit einer von der Referenzspannung abhängigen Klemmspannung beaufschlagt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen ihrer Steuerelektrode und ihrer Ausgangselektrode einen vorgegebenen Wert erreicht, sowie
einer zweiten Schalteinrichtung (51BJ, die eine mit der Referenzspannung beaufschlagte Steuerelektrode, eine mit dem ersten Anschluß (18AJ über eine Gleichrichter-Einrichtung (54B) verbundene Eingangselektrode und eine mit dem zweiten Anschluß (18BJ verbundene Ausgangselektrode aufweist und die den zweiten Anschluß (18BJ mit der Klemmspannung beaufschlagt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen ihrer Steuerelektrode und ihrer Ausgangselektrode den vorgegebenen Wert erreicht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (51AJ einen ersten Transistor umfaßt, dessen Kollektor mit dem zweiten Anschluß (18BJ, dessen Emitter mit dem ersten Anschluß (18AJ und dessen Basis mit der Referenzspannungsquelle (60) verbunden ist, und daß die zweite Schalteinrichtung (51 B) einen zweiten Transistor umfaßt, dessen Kollektor mit dem ersten An-Schluß (18.AJ, dessen Emitter mit dem zweiten Anschluß (18BJund dessen Basis mit der Referenzspannungsquelle (60) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors mit dem zweiten bzw. dem ersten Anschluß (18B, 18AJ über Dioden (54A, 54B) verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (60) einen dritten Transistor (110) und einen vierten Transistor (108) umfaßt, deren Emitter mit der Basis des ersten bzw. des zweiten Transistors verbunden sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorstufe (30) ein Paar von Transistoren (32A, 32B) umfaßt, deren Basen mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschluß (18Λ, 18BJ und deren Emitter miteinander verbunden sind, und daß die Referenzspannungsquelle (60) eine sich proportional zur Hälfte der Durchbruchspannung zwischen Emitter und Basis jedes der Transistoren (32A, 32BJ des Paares ändernde Referenzspannung liefert

6. Schaltung nach einem der Anspüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (60) mit der Vorspannungsquelle (IVSJ verbunden ist und die Referenzspannung in Abhängigkeit von Wert der Vorspannung liefert

7. Verwendung der Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Einschreiben und Auslesen von Informationen in bzw. aus einen Magnetspeicher, wobei die Stromsteuerstufe (22) eine eine Stromquelle (26) enthaltende Schreibschaltung und die Detektorstufe (30) eine Leseschaltung bildet, und wobei der Spannungswert, auf den der erste und der zweite Anschluß (18/4,18BJgeklemmt sind, unter der Durchbruchspannung der Detektorstufe (30) liegt

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Stromsteuerstufe (22) einen ersten Transistor (24.AJ, dessen Kollektor-Emitterpfad zwischen dem ersten Anschluß (18AJ und der Stromquelle (26) liegt, und einen zweiten Transistor (24BJ, dessen Kollektor-Emitterpfad zwischen dem zweiten Anschluß (18BJ und der Stromquelle (26) liegt, umfaßt

9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung (560) die erste und die zweite Schalteinrichtung (51A 51 B) nicht-leitend macht, wenn die Leseschaltung Informationen aus dem Magnetspeicher ausliest.