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Elektronischer Zähler mit Vorwärts- und Rückwartszählung
Die Erfindung
bezieht sich auf Einirchtungen zur elektronischen Zählung und bezweckt die ausbildung
eines einfachen und genauen Verfahrens und einer Anordnung zur durchführung der
Rückzähung. Insbesodnere betrifft sie Anordnungen für Zählung auf binärer Basis,
welche aus einer Kette von in Kaskade verbundenen Multivibratoren bestehen, wobei
jeder Multivibrator zwei Elektronenrelais umfaßt, die so miteinander verbunden sind,
daß das eine gesperrt und das andere entsperrt wird, und die Gesamtheit dieser Multivibratoren
nach einem binären Gesetz die am Eingang zugeführten Impulse zählt und ihre Gesamtzahl
durch die zu erzielende Staffel bestimmt wird.
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Gemäß der Erfindung läßt man gewisse dieser Multivibratoren auf die
vorhergehenden Multivibratoren in der Weise rückwirken, daß unstabile Zustände erzeugt
und so die binäre Staffel in die gewünschte Staffel umgewandelt wird, und man schickt
die Anzahl der abzuzählenden, d. h. von der Gesamtzahl abzuziehenden Impulse in
die multivibratoren, welche diese Rückwirkung steuern.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert, welche mehrere
Ausführungsbeispiele veranschaulichen.
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Abb. 1 zeigt schematisch einen einzelnen Multivibrator ; Abb. 2a,
2 b und 2 c zeigen die Diagramme der Spannungen, die an verschiedenen charkteristischen
Stellen dieses multivibrators auftreten ; Abb. 3 zeigt eine Einrichtung, welche
zur Erzeugung einer Fünferstaffel bestimmt ist;
Abb. 4 zeigt eine
Anordnung, welche aus vier Dreierstaffeln besteht, von denen jede aus zwei in Reihe
liegenden multivibratoren zusammengesetzt ist, und veranschaulicht die Zuf2hrung
eines Abzählimpulses gleichzeitig an den vier Stufen.
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Abb. 1 zeigt eine als multivibrator geschaltete Doppeltriode L. R1
bis R6, Rg1, Rg1', Rc bezeichnen Widerstände und C1, C3 und C4 Kapazitäten mit geeigneten
Werten. Das Prinzip der Wirkungsweise einer solchen Schaltung ist das folgende:
Es sei zunächst angenommen, daß das Element T1 der Doppeltriode leitend ist. Infolge
des Spannungsabfalles in R1 durch den Andoenstrom von T1 erhält das Gitter des Elementes
T2, welches an dem Punkt P des durch R4, R6 und Rg1 gebildeten Potentiometers angeschlossen
ist, ein verhältnismäßig niedriges Potential. Der Kathodenwiderstand R@ ist so gewählt,
daß unter den obigen Bedingungen das Gitterpotential von T2 der Sperrung des Anodenstromes
entspricht. Folglich tritt an den klemmen von R2 kein Spannungsabfall durch den
Andoenstrom von T2 auf, und das Gitter von T1 ist auf einem höheren Potential als
das von T2. dieser Zustand ist stabil ebenso wie der symmetrische Zustand, wenn
T1 gesperrt und T2 leitend ist.
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Führt man zwischen die Klemme E und Masse einen negativen Impuls ein,
wie dies Abb. 2 a zeigt, so bewirkt dieser eine vorübergehende Störung des Gitterpotentials
der beiden Röhren. Die Röhre T2, die schon gesperrt war, wird von dieser Störung
nicht betroffen, während der Andoenstrom der Röhre T1 abnehmen @wird. Das Potential
der Röhre T2 erhöht sich, weil das Potential des Punktes P ansteigt, und das Element
T2 tritt in Tätigkeit. Der Strom in R2 läßt das Potential des Punktes M absinken,
die Röhre T1 wird gesperrt und T2 wird gut leitend.
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Dieser zustand erhält sich bis zur zuführung des nächsten Impulses.
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Abb. 2 a zeigt das Diagramm der aufeinanderfolgenden, an die Klemme
E der Abb. 1 angelegten Impulse, wobei o-t die Zeitachse darstellt und die negativen
Impulse durch negative Spitzen, wie m, n, p, wiedergegeben sind. In Abb. 2 b sind
die Änderungen der entsprechenden Anodenspannung an der Anode der Röhre T2, d. h.
die Änderungen des Potentials des Punktes M gezeigt, welches mit VM bezeichnet wird.
Schaltet man zwischen die Anode von T2 (Punkt M) und Masse eine Kapazität C1 in
Reihe mit einem Widerstand Rg1', so erhält man an den Klemmen des Widerstandes Spannungsimpulse
1, 2, 3, 4...
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(Abb. 2 c) mit verschiedenen Richtungen, welche den Andoenspannungswechseln
von T2 entspreche, wobei die Impulse 2, 4, 6 ... den Ladeströmen und die Impulse
1, 3, 5 ... den Entladeströmen entsprechen.
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Die Zahl der negativen Impulse 1, 3, 5 ... ist habl so groß wie die
der Klemme E der Abb. 1 zugeführte Anzahl von Impulsen m, n, p. Eine solche Schaltung
wird als Zweierstaffel bezeichnet. Schaltet man zwei Zweierstaffeln in Serie, so
erhält man eine Viererstaffel, drei Zweierstaffeln ergeben eine Achterstaffel usf.
Indem man abgegriffene Impulse an gewissen Punkten der Schaltung wieder einführt,
kann man Staffeln mit beliebiger Basis, beispielsweise 5, erzielen.
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Derartige Staffeln werden als rückgekoppelte Staffeln bezeichnet.
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Abb. 3 veranschaulicht eine Anordnung, welche die Erzeugung einer
Staffel von 5 gestattet und zeigt, wie man gemäß einer Variante der Erfindung in
einfacher Weise eine Rückzählung vornehmen kann.
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Eine solche Anordnung setzt sich aus drei Multivibratoren zusammen,
die mit dem der Fig.1 übereinstimmen und durch die Verbindungen M-C1-R1-Rg1' und
M'-C1'-R7'-Rg1" in Kaskade geschaltet sind, wobei dieselben Bezugszeichen wie in
Abb. 1 die gleichen Elemente in dem ersten Multivibrator bezeichnen und die entsprechenden
Elemente der beiden folgenden Multivibratoren mit de gleichen Buchstaben, jedoch
unter zufügung eines oder zweier Indizes, bezeichnet sind. Außerdem sind zwei Verbindungen
P1-C2-R8-Rg1 und P2-C2'-R8'-Rg1' vorgesehen, deren Aufgabe unten dargelegt wird.
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Gemäß den Erläuterungen an hand der Abb. 1 wird jeder der drei multivibratoren
seine Zustand wechseln, wenn ein negativer Impuls an den gemeinsamen Gitterwiderstand
Rg1, Rg1' oder Rg1" angelegt wird. Bezeichnet man mit O den nicht leitenden zustand
eines Triodenelementes und mit F den leitenden Zustand einer Triode, er ergeben
sich folgende möglichen zustände der ersten, aus den Trioden, T1 und T2 zusammengesetzten
Zweierstaffel: T1 T2 I O F II F O I O F usf.
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Jedesmal, wenn das Element T2 von dem zustand O in den zustand F übergeht,
bricht sein Anodenpotential zusammen, was sich über die Verbinding M-C1-R1-Rg1'
durch einen negativen impuls an den Klemmen von Rg1' ausdrückt und folglich einen
Zustandsechsel des zweiten Multivibrators bewirkt.
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Die beiden ersten Multivibratoren bilden somit für sich betrachtet
eine Viererstaffel, dere Zustände die folgenden sind; @ T1 T2 T1' T2' I O F O F
II F O O F III O F F O IV F O F O I O F O F ust.
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Hierbei beziechnen die ziffern I, II, III die negativen Zählimpulse,
die man immer an der Klemme E zuführt. jedesmal wenn das Element T2' von dem zustand
O zu dem Zustand F übergeht, bricht sein Andoenpotential zusammen, was sich über
die Verbindung M'-C1'-R7'-Rg1" durch einen negativen Impuls an den Klemmen von Rg1"
ausdrückt und folglich eine Zustandsänderung des dritten Multivibrators bewirkt.
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Die drei multivibratoren zusammen, ohne Berücksichtigung der Verbindungen
P1-C2-R8-Rg1'. und
P2-C2'-R8'-Rg1' bilden somit eine Achterstaffel,
deren Zustände die folgenden sind ; T1 T2 T1' T2' T1" T2" I O F O F O F II F O O
F O F II O F F O O F IV F O F O O F VI F O O F F O VI F O O F F O VII O F F O F
O VIII F O F O F O I O F O F O F Die Ziffern I, II, III . . bezeichnen imme rdie
negativen Zählimpulse, die an der Klemme E zugeführt werden.
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Die Wirkung der Verbindung P1-C2-R8-Rg1 besteht darin, daß ein zusätzlicher
erzeugt wird, wenn die Triode T1" von O auf F übergeht ; die Wirkung der Verbindung
P2-C2'-R8'-Rg1' besteht darin, daß ein zusätzlicher negativer Impuls an den Klemmen
vor Rg1' jedesmal erzeugt wird, wenn die Triode T1" von O auf F übergeht. Diese
beiden Wirkungen, die man nach Übereinkunft Rückkopplungen nennt, haben zur Folge,
daß die Zustände V, VI und VII unterdrückt werden. betrachtet man nämlich den Zustand
IV F O F O O F, so wird der folgende an der Klemme E zugeführte Zählimpuls einen
Wechsel des Zustandes F O des ersten Multivibrators in O F bewirken. die Triode
T2, die von O zu F übergeth, schckt einen negativen Impuls an die Klemmen von Rg1',
und der zweite Multivibrator geht zu dem zustand O F über. Die Triode T2', die von
o zu F übergeht, schickt einen negativen Impuls an die Klemmen von Rg1", und der
dritte multivibrator geht zu dem Zustand F O über. Da die Triode T1" von O zu F
übergeht, wird wegen der Rückkopplungen ein negativer Impuls an die Klemmen von
Rg1 und Rg1' geschickt, und man erhält den neuen Zustand F O F O F O, der stabil
und kein anderer als der zustand VIII ist, wahrend keiner der dazwischenliegenden
Zustände V, VI, VII sich ausbilden konnte.
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Schließlich hat man die Zustände I, II, III, IV, VIII, I, II ...
erzielt, d. h. eine Fünferstaffel.
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Um eine Einheit abzuziehen, könnte man nach einem bekannten Verfahren
der Klemme E so viel Impulse wie die Zahl der staffel minus eins. d. h.
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5 = 1 = 4 Abzählimpulse zuführen. Die Erfindung ermöglicht es, die
Anzahl der zuzuführenden Abzählimpulse beträchtlich zu vermindern ; in dem betrachteten
Beispiel genügt ein einziger Impuls, sofern er an der Eingangsklemme des Multivibrators
zugefhrt wird, der die R2ckkopplungen bewirkt, d. h. an der klemme D.
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Unter der Annahme, daß man von dem zustand IV auf den Zustand III
übergehen will, wird man nämlich von dem zustand IV F O F O O F ausgehen und an
der Klemme D einen negativen Impuls anlegen, der den dritten Multivibrator von dem
zustand O F zu dem Zustand F O wechseln läßt, und man sollte den zustand F O F O
F O erhalten. Da jedoch die Triode T1" von O zu F übergegangen ist, bewirkt sie
zwei R2ckkopplungen, die zur Folge haben, daß die beiden ersten Multivibratoren
ihren Zustand wechseln, so daß man erhält O F O F F O.
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Die Trioden T2 und T2', die ihrerseits von o zu F übergegangen sind,
werden jedoch einen zustandswechsel der beiden letzten Multivibratoren bewirken,
so daß man als endgültigen zustand erhält O F F O O F, der kein anderer als der
zustand III ist, der stabil ist.
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Eine analoge Überlegung könnte für den Übergang von einem beliebigen
anderen zustand zu dem vorhergehenden zustand angestellt werden.
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Man kann im 2brigen sich die Wirkungsweise einer solchen Einrichtung
in einer deutlicheren Weise darstellen, wenn man annimmt, daß die widerstände R1,
R2, R1', R1" die Glühdrähte von elektrischen Birnen A1 bis A4 sind, die aufleuchten,
wenn die betreffende Triode im Zustand F ist, und die erlöschen wenn diese Triode
im Zustand O ist. Versieht man die Lampe A1 mit dem Koeffizient 2, die Lampe A2
mit dem Koeffizient 1, A3 mit dem Koeffizient 2 und A4 mit dem Koeffizient 1, so
kann man die Tabelle der fünf Zustände I, II, III, IV, VIII in der folgenden Weise
darstellen : Zustand A1 A2 A3 A4 Abgelesene Zahl (2) (1) (2) (1) I leuchtet 1 II
leuchtet 2 III leuchtet leuchtet 2 + 1 = 3 Iv leuchtet leuchtet 2 + 2 = 4 VII leuchtet
leuchtet leuchtet 2 + 2 + 1 = 5 I leuchtet 1 Hierbei ergeben sich die abgelesence
Zahlen, indem man die den aufleuchtenden Lampen entsprechenden Ziffern addiert.
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Bei der oben erläuterten Rückzählung wird beim Übergang von dem Zustand
IV zu dem zustand III die Lampe A1 erlöschen, die Lampe A2 aufleuchten, und die
Lampe A3 bleibt erleuchtet. Der Übergang erfolgt von 2 + 2 = 4 auf 2 + 1 = 3.
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Wohlgemerkt, es werden so viel Impulse an der Klemme D zugeführt,
wie Einheiten zu subtrahieren sind, wobei jeder Impuls den Übergang von dem augenblicklichen
zustand zu dem vorhergehenden Zustand ermöglicht.
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Es können mehrere Staffeln dieser Ar tin Kaskade in einer elektronischen
Zähleinrichtung benutzt werden, die in diesem Fall eine Staffel von nm darstellt,
wobei m die Anzahl dieser staffeln und n die Anzahl von zuständen jeder Staffel
ist. In diesem Fall wird man gemäß der Erfindung, um von dem zustand P auf den Zustand
P-1 überzugehen, gleichzeitig einen Impuls an alle Elemente anlegen.
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Abb. 4 zeigt eine Anordnung dieser Art, welche vier Dreierstaffeln
umfaßt, die in kaskade angeordnet und von je einem gestrichelten Rechteck E1 bis
E4
umgeben sind, wobei jede Staffel aus zwei in Serie verbundenen
multivibratoren mit einer Rückkopplung 3'-Rg1 bzw. 3"'-Rg2 usw. besteht. Um die
Darstellung nicht zu belasten, sind nur die Bezugszeichen für die Eingangswiderstande
der verschiedenen Multivibratoren eingetragen, welche die gleichen wie in Abb. 3
sind. auf Grund einer ähnlichen Überlegung, wie sie oben angestellt wurde und die
sogar einfacher ist, kann man zeigen, daß die beiden Multivibratoren, welche jede
der Staffeln darstellt, tatsächlich eine Dreierstaffle bilden. Der Eingang Rg1 des
ersten Multivibrators der Staffel E1 ist mit der Kathode des Elementes XX der Doppeltriode
T verbunden, während die Eingänge Rg1', Rg2', Rg3' und Rg4' parallel mit der Kathode
des Elementes YY der Doppeltriode T verbunden sind. Die beiden Andoen dieser Röhre
sind auf das gemeinsame Potential + HT gebracht. Das Gitter des Elementes XX ist
an eine photoelektrische Zelle Ph1 gelegt, welche die Zählimpulse aufnimmt, und
das Gitter des Elementes YY ist an eine andere photoelektrische Zelle Ph2 gelegt,
welche die Subtraktionsimpulse in dem Fall aufnimmt, wo man eine Subtraktion vornehmen
will.
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Wenn man der Zelle Ph2 einen Lichtimpuls zuführt, wird dieser in einen
elektrischen Subtraktioinsimpuls umgewandelt, welcher über das Element YY der Doppeltriode
T gleichzeitig den Eingängen Rg1', Rg2', Rg3', Rg' der Multivibratoren der vier
Staffeln zugeführt wird, die die Rückkopplungen 3-Rg1, 3-Rg2 usf. steuern, so daß
diese Multivibratoren ihren Zustand wechseln.
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Eine einfache Überlegung, wie sie ähnlich im Fall der Abb. 3 angestellt
wurde, zeigt, daß ein solcher Zustandswechsel in der elementaren Dreierstaffel die
Subtraktion um eine Einheit bewirkt. Dies entspricht insgesamt einer Subtraktion,
welche den Übergang von einem zustand P zu einem zustand P-1 gestattet, da die vorhergehende
Überlegung ohne weiteres zeigt, da die Staffeln E2, E3, E4 von der vorhergehenden
Staffel, bei jedem Wechsel dieser letzteren, einen zusatzlichen Impuls erhalten,
außer wenn die Staffel E1 von dem Zustand I auf den Zustand III übergeht. so wird
z. B., wenn man annimmt, daß man an der Staffel E1 von 3 auf 2 und von 2 auf 1 zurückzählt,
die Staffel E2 nicht wechseln, wenn man aber von 1 auf 3 übergeht, zählt die Staffel
E2 um eine Einheit zurück. Dies entspricht genau dem zu erreichenden Ziel, z. B.
in einer Zähleinrichtung mit der Basis 10, wenn man von 53 auf 52, von 52 auf 51,
von 51 auf 50, wo sich nur die Eienr verändern sollen, während beim Übergang von
50 auf 49 sich auch die Zehner verändern, zurückzählt.
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Durch Anwendung der beschriebenen Erfindung kann ohne weiteres die
Rückzählung der Impulse in einem mehr oder weniger komplizierten System mit beliebigen
Staffeln durchgeführt werde. Beispielsweise kann eine Zehnerstaffel, die von besonderer
Bedeutung für die Ssyteme mit Dezimalzählung ist, hergestellt werden, indem man
eine Zweierstaffel d. h. einen Multivibrator gemäß Abb. 1 in Reihe mit einer Fünferstaffel,
d. h. einer Einrichtung nach Abb. 3. verbindet.
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Die Erfindung ist nicht auf die an Hand der Abb. 1 beschriebene Bauart
eines Multivibrators beschränkt, sondern bei jeder Einrichtung anwendbar, welche
die binäre Zählung bewirkt. Man kann insbesondere diesen Multivibrator aus zwei
Elektronenrelais, die unter demselben Kolben vereinigt sind (Doppeltriode, Doppelpentode
usf.), oder auch aus zwei getrennten Relais aufbauen, deren Kathoden und Anoden
parallel an die Speisequellen gelegt sind.