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Schaltvorrichtung zur Abgabe von Ausgangsimpulsen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung zur Abgabe von
Ausgangsimpulsen, deren Ein- und Ausschaltdauer unterschiedlich ist.
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Bekannte Schaltvorrichtungen dieser Art arbeiten mit einem RC-Zeitglied,
bei dem die Ladezeit und die hiervon unterschiedliche Entladezeit des Kondensators
zur Festlegung der Ein- und Ausschaltdauer benutzt wird. Hiermit lassen sich aber
keine längeren Ein- und Ausschaltzeiten von vielen Sekunden oder gar Minuten erzielen,
weil die hierzu erforderlichen Kondensatoren zu groß und zu teuer wären und zu große
Toleranzen hätten. Ausserdem können Ladezeit und Entladezeit keine allzu grossen
Unterschiede voneinander aufweisen.
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Andere bekannte Schaltvorrichtungen arbeiten mit einem BimeLallstreifen,
dessen Aufwärm- und Abkühlzeiten die Ein- und Ausschaltdauer bestimmen. Solche Geräte
sind
ebenfalls recht aufwendig. Die Genauigkeit ist wegen großer
Toleranzen und der Abhängigkeit von der Umgebungsw temperatur gering.
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In beiden Fällen tritt der Nachteil hinzu, daß das Justieren verhältnismäßig
lange dauert, weil mehrfach die gesamte Einschaltdauer und die gesamte Ausschaltdauer
abgewartet werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es erlaubt, verhältnismäßig lange Einschaltzeiten
und Ausschaltzeiten mit hoher Genauigkeit einzuhalten, wobei diese Zeiten auch stark
unterschiedlich sein können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen ersten Taktimpulsgeber
mit einer ersten Frequenz, durch einen zweiten Takimpulsgeber mit einer zweiten
Frequenz, durch einen gemeinsamen Teiler und durch eine von Ausgangssignal des Teilers
gesteuerte Umschaltvorrichtung, mit deren Hilfe dem Teiler in der einen Halbperiode
Taktimpulse vom ersten Taktimpulsgeber und in der anderen Halbperiode Taktimpulse
vom zweiten Taktimpulsgeber zuführbar sind.
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Bei dieser Ausgestaltung kann die Frequenz des ersten Taktimpulsgebers
und die Frequenz des zweiten Taktimpulsgebers je für sich auf einen festen Wert
eingestellt werden. Da nur ein einzlger Teiler benutzt wird, sind die Frequenzen
so gewählt, daß die gleiche Taktimpulszahl einmal zur gewünschten Einschaltdauer
und zum anderen zur gewünschten Ausschaltdauer führt. Durch die Umschaltvorrlchtung
ist sichergestellt, daß der Teiler immer abwechselnd von dem ersten und dem zweiten
Taktimpulsgeber
angesteuert wird und daher das Ausgangssignal des
Teilers unmittelbar als Ausgangsimpulszug verwendet oder dieser auf einfache Weise
von den Ausgangssignalen abgeleitet werden kann. Auf diese Weise lassen sich beliebig
lange Ein- und Ausschaltzeiten gewinnen; man braucht lediglich die Taktimpulsfrequenzen
und das Teilerverhältnis entsprechend zu wählen. Da die Frequenzen auch recht unterschiedlich
eingestellt werden können, lassen sich stark unterschiedliche Ein- und Ausschaltzeiten
erzielen. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, alle fünf Minuten eine Einschaltdauer
von 30 Sekunden einzustellen, wie es von Interesse ist, wenn ein Magnetventil zur
Lüftung von Chlordioxid-Verarbeitungsanlagen gesteuert werden soll. Darüber hinaus
ist die Justierung recht einfach, weil lediglich die Frequenz der beiden Taktimpulsgeber
überprüft und eingestellt werden muß; eine tiberwachung der gesamten Ein-und Ausschaltzeiten
ist nicht erforderlich.
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Besonders günstig ist es, wenn beide Taktimplusgeber je ein Sperrglied
aufweisen, von denen das eine von einem dem Ausgangssignal des Teilers entsprechenden
ersten Steuersignal und das andere von einem demgegenüber invertierten, zweiten
Steuersignal angesteuert sind. Die Ansteuerung der Sperrglieder läßt sich hierbei
sehr einfach realisieren.
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Insbesondere können die Sperrglieder je durch ein logisches Verknüpfungsglied
gebildet sein, dessen erster Eingang mit der übrigen Taktimpulsgeberschaltung verbunde
und deren zweiter Eingang mit dem Steuersignal versorgt ist. Diese Verknüpfungsglieder
dienen dann glcichzeitig als Bauelemente der Taktimpulsgeber und als Sperrglieder.
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Des weiteren ist es empfehlenswert, daß der Ausgang des einen Taktimpulsgebers
durch den Ausgang eines logischen Verknüpfungsgliedes gebildet ist, dessen erster
Eingang mit der übrigen Schaltung dieses Takt.i.mpulssrebers und dessen zweiter
Eingang mit dem Ausgang des anderen Taktimpulsgebers verbunden ist. Auch hier ist
dafür gesorgt, daß das logische Verknüpfungsglied nicht nur die Funktion eines Bauelements
irn Taktimpulsgeber erfüllt, sondern gleichzeitig die Taktimpulse beider Taktimpulsgeber
dem Teilereingang zuzuführen vermag.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Ausgangs
impulse am Abgriff eines vom Teiler-Ausgangssignal gespeisten Spannungsteilers abgegriffen
sind, daß der Abgriff mit der Basis eines Transistors verbunden ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke
mit einem zu schaltenden Ausgangsglied in Reihe liegt und daß das zweite Steuersignal
zwischen Transistor und Ausgangsglied abgegriffen ist. Dies ergibt einen besonders
einfachen Aufbau, weil der ohnehin zur Verstärkung vorgesehene Transistor gleichzeitig
als Umkehrglied für das zweite Steuersignal besnutzt wird.
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Empfehlenswert ist es auch, daß die Steuersignalspannung kleiner ist
als die Betriebsspannung des Ausgangsgliedes und ihr Anschlußpunkt, zwischen denen
die Steuersignalleitung abgeht, mit dem Punkt zwischen Transistor und Ausgangsglied
verbunden ist. Auf diese Weise kann einerseits die Betriebsspannung des Ausgangsgliedes
beliebig gewählt werden. Andererseits sind keine Störungen beim Betrieb der Taktimpulsgeber
zu befürchten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gibt es einen Testschalter
zum Unwirksammachen der Umschaltvorrichtung derart, daß beide Taktimpulsgeber gleichzeitig
wirksam sind, und eine UND-Verknüpfung beider Taktimpulse. Dies hat zur Folge, daß
beim Anschluß eines Oszilloskops am Ausgang der UND-Verknüpfung beide Taktimpulse
gleichzeitig sichtbar sind. Man kann daher mit einer Einstellung auf dem Oszilloskop
eine Uberprfung beider Taktimpulse und gegebenenfalls deren Justierung vornehmen.
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Dies läßt sich auf sehr einfache Weise dadurch bewirken, daß der Testschalter
Steuerspannung an den zweiten Eingang des Sperrgliedes des ersten Taktimpulsgebers
legt, um dieses Sperrglied in den Freigabezustand zu bringen, und zwischen Teilerausgang
und Testschalter ein Entkopplungswiderstand vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild
einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, Fig. 2 Impulszüge an verschiedenen Stellen
der Schaltung und Fig. 3 das Impulsbild am Testpunkt bei geschlossenem Testschalter.
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Die Schaltvorrichtung weist einen ersten Taktimpulsgeber 1, einen
zweiten Taktimpulsgeber 2 und einen Teiler 3 auf. Der Taktimpulsgeber 1 besitzt
zwei NAND-Glieder 4 und 5, einen festen Widerstand 6, einen einstellbaren Widerstand
7 und einen Kondensator 8. Der
Ausgang 9 ist mit dem cp-Eingang
des Teilers 3 verbunden. Der Taktimpulsgeber 2 weist ein NAND-Glied 10, eine Umkehrstufe
11, einen festen Widerstand 12, einen einstellbaren Widerstand 13 und einen Kondensator
14 auf. Der zwischen den Gliedern 10 und 11 vorgesehene Ausgang 15 ist mit einem
Testpunkt TP1 und mit dem zweiten Eingang des NAND-Gliedes 5 verbunden. Ein zweiter
Testpunki TP2 ist mit dem Ausgang 9 des ersten Taktimpulsgebers 1 verbunden.
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Der Ausgang 16 des Teilers 3, in vorliegendem Ausführungsbeispiel
der Abgriff Q12, führt ein Ausgangssignal St, t das einerseits an einen zwei Widerstände
17 und 18 aufweisenden Spannungsteiler 19 und andererseits über eine Leitung 20
mit einem Entkopplungswiderstand 21 an den zweiten Eingang des als Sperrglied dienen
NAND-Gliedes 4 gelegt ist. Der Abgriff 22 des Spannungsteilers liegt an der Basis
eines Transistors 23, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit einem Ausgangsglied 24
in Reihe an einer Betriebsspannung UB2 liegt. Das Ausgangsglied ist ein Relais und
durch eine Freilauf diode 25 überbrückt. Zwischen einem Punkt 26, an welchem eine
Steuerspannung UB1 anliegt und einem Punkt 27 zwischen Transistor 23 und Ausgangsglied
24 befindet sich eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 28 und einer Entkopplungsdiode
29. Zwischen beiden zweigt eine Leitung 30 zum zweiten Eingang des als Sperrglied
dienenden NAND-Gliedes 10 des zweiten Taktimpulsgebers 2 ab.
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Der zweite Eingang des NAND-Gliedes 4 kann mit Hilfe eines Testschalters
31 ebenfalls an die Steuerspannung UB1 gelegt werden.
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In Fig. 2 sind die Impulszüge an den Stellen A bis D der Schaltung
veranschaulicht. Der erste Taktgeber 1 erzeugt Impulse mit verhältnismäßig geringer
Frequenz,
der Taktimpulsgeber 2 Impulse mit erheblich höherer Frequenz.
Jeweils n Impulse, im Ausführungsbeispiel 2048 Impulse werden benötigt, damit der
Teiler 3 eine Halbperiode durchläuft und das Signal St am Ausgang 16 von 1 auf 0
oder von 0 auf 1 wechselt. Wegen der unterschiedlichen Frequezen der beiden Impulszüge
A und B werden die Halbperioden mit unterschiedlicher Dauer durchlaufen, wie es
das Ausgangssignal C zeigt.
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Durch Umkehrung ergibt sich das Signal an der Stelle D. In diesem
Fall ergibt sich eine kleine Einschaltdauer und eine große Ausschaltdauer.
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Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal St des Teilers 3 den Wert
1 und dementsprechend die Spannung am Punkt 27 den Wert 0 habe. Dann ist das NAND-Glied
10 gesperrt.
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Am Ausgang 15 steht der Wert 1 an. Gleichzeitig liegt am zweiten Eingang
des NAND-Gliedes 1 ein 1-Steuersignal. Infolgedessen kann der Taktimpulsgeber 1
normal arbeiten. Sobald das Ausgangssignal St den Wert O annimmt, wird das NAND-Glied
4 gesperrt. Gleichzeitig erhält aber der zweite Eingang des NAND-Gliedes 10 eine
1-Steuerspannung, so daß der zweite Taktimpulsgeber 2 normal arbeiten kann. Da der
Ausgang des NAND-Gliedes 4 konstant den Wert 1 liefert, können die Taktimpulse des
zweiten Taktimpulsgebers 2 über das NAND-Glied 5 an den Ausgang 9 geliefert werden.
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Zur Justierung wird der Testschalter 31 eingeschaltet.
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Wenn das Teiler-Ausgangssignal St O ist, kann der zweite Taktimpulsgeber
2 normal arbeiten. Seine Taktimpulse liegen am zweiten Eingang des NAND-Gliedes
5 an. Weil der Testschalter 31 das NAND-Glied 4 in den Freigabezustand bringt, kann
auch der erste Taktimpulsgeber 1 normal arbeiten. Die Taktimpulse werden im NAND-Glied
5 miteinander kombiniert, so daß sich am Testpunkt TP2 ein Impulsverlauf zeigt,
wie er in Fig. 3 dargestellt
ist. Wegen der UND-Verknüpfung sind
jeweils während der Taktimpulse des ersten Taktimpulsgebers 1 auch die Taktimpulse
des zweiten Taktimpulsgebers 2 vorhanden.
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Man braucht auch nicht die gesamte Ein- und Aussch<altdauer abzuwarten;
vielmehr genügt die Festlegung der beiden Frequenzen, um mit hoher Genauigkei die
gewünschte Einschaltdauer und Ausschaltdauer zu erzielen.
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Für die einzelnen Teile können handelsübliche Bauelemente verwendet
werden. Als Teiler eignet sich beispielsweise der Typ CD 4040. Die Verknüpfungsglieder
4, 5, 10 und 11 der beiden Taktimpulsgeber lassen sich zu einem Bauelement vereinigen,
das beispielsweise vom Typ CD 4011 sein kann.
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Statt des veranschaulichten Relais 24 lassen sich auch andere Ausgangsglieder
anwenden, beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil, ein Heizwiderstand o. dgl.