DE966115C - Multistabile elektronische Ringschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung· betrifft eine multistabile elektronische Ringschaltung mit einer ungeraden, über ι liegenden Anzahl elektronischer Steuerelemente, beispielsweise Elektronenröhren 5 oder Transistoren, bei der das Potential der Steuerelektrode jedes elektronischen Steuerelementes durch einen dreiarmigen Spannungsteiler bestimmt wird, dessen nicht mit der Steuerelektrode verbundene Enden mit den Ausgangselektroden der

ίο benachbarten elektronischen Steuerelemente bzw. mit einem geeigneten negativen Potential verbunden sind, und bei der ferner unter Steuerung durch an alle Steuerelemente gleichzeitig angelegte Impulse stufenweise weiterschaltbare stabile Zustände entstehen, bei welchen die elektronischen Steuerelemente mit Ausnahme einer Gruppe von zwei benachbarten, leitenden Elementen abwechslungsweise leitend bzw. nichtleitend sind.

Solche Ringschakungen sind an sich bekannt. Einer der wesentlichsten Vorzüge derselben liegt darin, daß je zwei benachbarte Steuerelemente, z. B. Elektronenröhren, gleichzeitig leitend sind, wobei das Gitterpotential einer leitenden Röhre infolge des Gitterstromes praktisch unabhängig davon, ob. eine oder beide benachbarte Röhren nichtleitend sind, konstant und leicht über dem Kathodenpotential gehalten wird. Diese Schaltungen sind daher sehr stabil gegen ungewollte Umschaltungen von einem Zustand in einen anderen, z. B. infolge von Schwankungen in der

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Speisespannung. Sind dagegen, wie ebenfalls bereits vorgeschlagen wurde, in jedem Zustand der Ringschaltung je zwei benachbarte Röhren nichtleitend, wobei also deren Gitterpotential wesentlich unter dem Kathodenpotential liegt, so ist dieses Potential verschieden, je nachdem, ob von den dieser Röhre benachbarten Röhren die eine oder beide leitend sind. Dadurch neigen solche Schaltungen bei schlechter Einstelking der Spannungsteiler oder ίο Betriebsspannungen, bei Röhrenalterung und Betriebsspannungsschwankungen zu ungewolltem Umkippen in einen anderen Zustand. Dagegen zeigen die genannten Ringschaltungen mit je zwei benachbarten leitenden Steuerelementen eine Neigung zu Selbsterregung in dem Sinne, daß in der Schaltung selbsterregte Schwingungen auftreten können, die das zuverlässige Arbeiten der Ringschaltung gefährden oder verunmöglichen.

Diese Neigung zur Selbsterregung wurde bei den ao bekannten Ringschaltungen der zuletzt genannten Art mit zwei benachbarten leitenden Elektronenröhren dadurch bekämpft, daß Pentoden verwendet wurden und daß die dynamische Kopplung auf das Bremsgitter und die statische Kopplung auf das Steuergitter derselben geführt wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch diese Schaltung nicht leicht stabil zu halten ist, trotzdem teure Mehrgitterröhren verwendet werden müssen.

Die erfindungsgemäße Ringschaltung gestattet nun, die Vorteile der Schaltung mit zwei benachbarten leitenden Steuerelementen zu übernehmen und trotzdem mit billigen Steuerelementen mit nur einer Steuerelektrode auszukommen. Die erfindungsgemäße Ringschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Kopplungsweg der Ringschaltung neben statischen teilweise dynamische Kopplungsmittel zwischen der Ausgangselektrode und der Steuerelektrode aufeinanderfolgender Steuerelemente vorgesehen sind, wobei jedoch die dynamische Kopplung an mindestens einer Stelle des Kopplungsweges unterbrochen ist oder die dynamischen Kupplungsmittel· gedämpft sind, derart, daß ein Unstabihverden der Ringschaltung verhütet wird. Bei Verwendung von Elektrodenröhren kann also sowohl die statische als auch die dynamische Kopplung auf das Steuergitter der Röhren geführt sein, so.daß man mit Trioden auskommen kann. Zugleich wird der Aufwand an. Schaltmitteln und insbesondere auch an Röhrenströmen geringer, was bei den meist erforderlichen vielstufigen Geräten von erheblicher Bedeutung ist. Die erfindungsgemäße Schaltung wird vorzugsweise mit Elektronenröhren bestückt, kann jedoch auch mit Transistoren ausgerüstet sein. Im folgenden wird immer auf Elektronenröhren Bezug genommen.

Die Arbeitsweise der Elektronenröhren ist in dieser Schaltung nur durch zwei mögliche Zustände charakterisiert, nämlich erstens den nichtleitenden Zustand, wenn das Steuergitter der Röhre sich unter dem Sperrpotential befindet; die Röhre führt dann keinen Strom und die durch einen Widerstand belastete Anode weist maximale Spannung auf; zweitens -den leitenden Zustand, während welchem das Steuergkter der Röhre positiv ist (die Spannung liegt dann infolge des Gitterstromes sehr nahe bei der Kathodenspannung). In der Röhre fließt dann ein relativ starker Strom und die Anode weist minimale Spannung auf.

Die Spannung eines Steuergitters, welches durch die Anoden zweier benachbarter Röhren polarisiert wird, hängt also vom Zustand dieser beiden Röhren ab. Damit die erfindungsgemäße Schaltung wunschgemäß arbeitet, soll ein Steuergitter immer dann unter den Sperrpotentiialpunkt negativ vorgespannt (seine Röhre also nichtleitend) sein, wenn beide benachbarten Röhren leitend sind, und soll positiv (seine Röhre also leitend) sein, wenn mindestens eine der benachbarten Röhren nichtleitend! ist. Sind beide benachbarten Röhren nichtleitend, so wird natürlich diese letzte Bedingung um so besser erfüllt sein. Unter diesen Voraussetzungen ist leicht festzustellen, daß eine Kettenschaltung von drei bzw. fünf Röhren drei bzw. fünf verschiedene stabile Zustände aufweisen kann.

Wird zwischen der Anode jeder Röhre und dem Gitter der folgenden Röhre je ©ine dynamische, beispielsweise eine kapazitive Kopplung vorgesehen, so ist es möglich, die stabilen Zustände der Schaltung durch,. Anlegen geeigneter elektrischer Impulse an die Gesamtheit der Gitter zu ändern. Es ist jedoch nicht möglich, diese dynamische Kopplung durch einen einzigen Kondensator zu bilden, ohne gewisse Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, weil sonst die Schaltung unstabil wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt, und zwar zeigen die

Fig. ι bis 3 Schaltungen für drei bestimmte stabile Zustände (zur Basis 3) und die

Fig. 4 bis 6 Schaltungen für fünf bestimmte stabile Zustände (zur Basis 5).

In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist immer je eine Röhre nichtleitend, während die beiden anderen Röhren gleichzeitig leitend sind. Die Stabilität wird in dieser Schaltung dadurch erreicht, daß zwischen der Anode der Röhre T₃ und dem Gitter der Röhre T₁ kein K&pplungskondensator vorgesehen ist, was eine Unterbrechung in der Kette dynamischer Kopplungen darstellt.

Die Schaltung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Angenommen, die Schaltung befinde sich in demjenigen Zustand, bei welchem die Röhre T₁ nichtleitend ist und die Röhren T₂ und T₃ leitend sind. Wird nun ein positiver Spannungsstoß über die Leitung V₂ (welche normalerweise negatives Potential führt), an die Gitter angelegt, so wird die Röhre T₁ plötzlich leitend, wodurch über den Kopplungskondensator C₁ ein negativer Spannungsstoß von der Anode der Röhre T₁ auf aas Gitter der Röhre T₂ übertragen wird, welcher die Röhre T₂ sperrt. Dagegen bleibt T₃ leitend, weil nicht nur der positive Spannungsstoß über V₂, sondern auch ein positiver Spannungsstoß über den Kondensator C₂ an deren Gitter angelegt wird, indem die

Anodenspannung der gleichzeitig gesperrten Röhre T₂ plötzlich angestiegen ist. In analoger Weise wird beim Anlegen eines zweiten positiven Spannungsimpulses an die Leitung V₂ die Röhre T₃ gesperrt. Wird nun ein dritter gleichartiger Impuls angelegt, so wird die Röhre T₃ leitend, was jedoch nicht das sofortige Sperren der Röhre T₁ zur Folge hat. Beim Verschwinden dieses dritten Impulses sinkt aber die Spannung am Gitter der Röhre T₁, welches ίο mit keinem Kondensator verbunden ist, zuerst ab, und die Röhre wird gesperrt. Der positive Spannungsstoß, welcher dabei an der Anode der Röhre T₁ erscheint, hat eine momentane Verstärkung des Stromes in der Röhre T₂ zur Folge, was sich in einer Sperrung der Röhre T₃ auswirken könnte, wenn nicht der Kondensator C, welcher eine kleinere Kapazität aufweist als die Kondensatoren C₁ und C₂, vorgesehen wäre. Dieser Kondensator verhindert diese unerwünschte Sperrung der ao Röhre T₃.

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, in welcher die Stabilität durch das Vorsehen von Widerständen r in den Gitterkreisen erreicht wird. Es könnte auch nur ein einziger, größerer Gitterwiderstand vorgesehen sein, welcher jedoch eine nachteilige Betriebsasymmetrie verursachen würde. Da die dargestellte Schaltung durchaus symmetrisch ist, erfolgt das Umkippen der Schaltung gemäß obenstehender Beschreibung in zyklischer Reihenfolge durch Anlegen positiver Spannungsstöße an die Leitung V₂. Die Kondensatoren C könnten auch zwischen die Anode je einer Röhre und einen Punkt des Polarisationswiderstandes r₃ der folgenden Röhre geschaltet sein.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von den oben beschriebenen Schaltungen dadurch, daß die Stabilität der Schaltung durch Verteilung der statischen und der dynamischen Kopplung auf zwei verschiedene Röhren T₃ und T₄, welche jederzeit denselben Betriebszustand aufweisen, erreicht wird.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung für fünf bestimmte stabile Zustände, welche analog aufgebaut ist wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltung.
Sie arbeitet wie folgt: Wird vorläufig von den Rückkopplungskondensatoren C_r abgesehen und angenommen, im Ausgangszustand der Schaltung seien die Röhren T₁ und T₃ gesperrt und die übrigen Röhren leitend. Ein erster auf die Leitung V₂ gegebener positiver Impuls entsperrt die Röhren T₁ und T₃, und die kapazitiv auf die Gitter der Röhren T₂ und T₄ übertragenen negativen Spannungsstöße sperren diese beiden Röhren. In analoger Weise werden durch einen zweiten positiven Impuls auf die Leitung V₂ die Röhren T₂ und T₄ leitend und die folgenden Röhren T₃ und T₅ gesperrt. Der dritte Impuls entsperrt die Röhren T₃ und T₅, wodurch sofort die Sperrung der Röhre T₄ und die verzögerte Sperrung der Röhre T₁ erfolgt usw., bis zum Erreichen des Ausgangszustandes nach fünf Impulsen.

Wie bereits im Zusammenhange mit Fig. 1 erläutert wurde, bewirkt die Sperrung der Röhre T₁ die Übertragung eines schwachen positiven Impulses auf das Gitter und einen negativen Impuls auf die Anode der Röhre T₂, was wiederum die Sperrung der Röhre T₃ zur Folge haben könnte, wenn nicht die Kondensatoren C₇. vorgesehen wären. Dasselbe trifft zu bei der Sperrung der Röhren T₂, in welchem Falle ein schwacher negativer Impuls auf die Anode der Röhre T₃ übertragen wird, was wiederum die Sperrung der Röhre T₄ zur Folge haben könnte, wenn die Kondensatoren C_r nicht vorhanden wären. Dasselbe trifft auch zu für die Röhren T₃ und T₅, d. h. die Sperrung der Röhre T₃ könnte die Sperrung der Röhre T₅ nach sich ziehen, wenn die Kondensatoren C₁. nicht vorhanden wären. Dagegen besteht keine Gefahr, daß beim Sperren der Röhre T₄ auch die Röhre T₁ gesperrt wird, weil der an der Anode der Röhre T₅ auftretende negative Spannungsstoß mangels dynamischer Kopplung nicht auf das Gitter der RöhreT_x übertragen wird.

Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 5 ist die folgende: Angenommen, die Röhren T₂ und T₄ seien gesperrt und die Röhren T₁, T₃ und T₅ seien leitend. Ein an die negative Leitung V₂ angelegter positiver Spannungsstoß entsperrt die beiden Röhren T₂ und T₄, welche ihrerseits dank der vorgesehenen kapazitiven Kopplungen die Röhren T₃ bzw. ' T₅ sofort sperren. Ein zweiter positiver Spannungsstoß entsperrt die Röhren T₃ und T₅, in welchem Falle jedoch die beiden jeweils folgenden Röhren nicht sofort gesperrt werden, weil zwischen diesen Röhrenpaaren keine dynamischen Kopphingen (Kondensatoren) vorgesehen sind. Wenn jedoch der positive Impuls verschwindet, so werden die Röhren T₁ und T₄ zuerst gesperrt, weil ihre Gitter mit keinen Kondensatoren verbunden sind und daher am raschesten negativ werden. Beim dritten Impuls werden die Röhren T₂ und T₅ ohne weiteres gesperrt, der vierte Impuls sperrt direkt die Röhre T₃ und indirekt die Röhre T₁ und der fünfte Impuls sperrt direkt die Röhre T₂ und indirekt die Röhre T₄. Die Schaltung durchläuft also beim aufeinanderfolgenden Anlegen von fünf posdtiven Impulsen an die Leitung V₂ fünf verschiedene stabile Zustände. Es ist aus den im Zusammenhange mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung angegebenen Gründen auch vorteilhaft, zwischen der Anode der Röhre T₁ und den Gittern der Röhren T₃ und T₅ kleine Kondensatoren vorzusehen.

Fig. 6 zeigt eine Schaltung für fünf stabile Zustände, in welcher die dynamischen Kopplungen zwischen den Anoden und den Gittern der folgenden Röhren aus in Serie geschalteten Kondensatoren C und Widerständen r bestehen. Die Arbeitsweise ist durchaus analog wie bei der Schaltung der Fig. 2, wobei allerdings je zwei statt nur einer Röhre in den anderen Zustand übergehen, wenn ein Impuls angelegt wird. Die Widerstände r dienen der Dämpfung der dynamischen Kopplung und somit der Stabilisierung der Schaltung.

Die verschiedenen dargestellten Schaltungen für fünf stabile Zustände werden vor allem in elektro- 1*5 nischen Frequenzteilern verwendet, wo sie im all-

gemeinen mit binären Schaltungen mit zwei stabilen Zuständen in Kaskade geschaitet werden, um eine Gesamtschakaing mit zehn stabilen Zuständen (Dekaden) zu erbalten.

Der Ausgangsimpule, welcher das Ende des periodischen Durchlaufs durch fünf stabile Zustände anzeigt, kann mittels einer schwachen parallelen kapazitiven Kopplung von zwei nicht benachbarten Anoden der Schaltung abgeleitet ία werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Multistabile elektronische Ringschaltung mit einer ungeraden, über ι liegenden Anzahl elektronischer Steuerelemente, beispielsweise Elektronenröhren oder Transistoren, bei der das Potential der Steuerelektrode jedes elektronischen Steuerelementes durch einen drei-

   ao .armigen Spannungsteiler bestimmt wird, dessen nicht mit der Steuerelektrode verbundene Enden mit den Ausgangselektroden der benachbarten elektronischen Steuerelemente bzw. mit einem geeigneten negativen Potential verbunden sind, und bei der ferner unter Steuerung durch an alle Steuerelemente gleichzeitig angelegte Impulse stufenweise weiterschaltbar-e stabile Zustände entstehen, bei welchen die elektronischen Steuerelemente mit Ausnahme einer Gruppe von zwei benachbarten, leitenden Elementen abwechslungsweise leitend bzw. nichtleitend sind, dadurch· gekennzeichnet, daß im Koppiungsweg der Ringschaltung neben statischen teilweise dynamische Kupplungsmittel zwischen der Ausgangselektrode und der Steuerelektrode aufeinanderfolgender Steuerelemente vorgesehen sind, wobei jedoch die dynamische Kopplung an mindestens einer Stelle des Kopplungsweges unterbrochen ist oder die dynamischen Kopplungsmittel gedämpft sind, derart, d&ß ein Unstabil- werden der Ringschaltung verhütet wird.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dynamisches Kopplungismittel zwischen der Ausgangselektrodfe der elektronischen Steuerelemente mit Ausnahme des einen und der Steuerelektrode des folgenden Steuerelementes ein Kondensator vorgesehen ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens ■zwei Steuerelementen Ruckkopplungsmittel (C₇.) vorgesehen sind (Fig. 1 und 4).
4. 4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Kopplung von jeder Ausgangselektrode auf die Steuerelektrode des folgenden Steuerelementes durch die Serienschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes erfolgt (Fig. 6).
5. 5. Schaltung nach Anspruch1, dadurch gegekennzeichnet, daß die dynamische Kopplung und die statische Kopplung an mindestens einer Stelle des Kopplungsweges der Ringschaltung auf zwei verschiedene, jederzeit denselben Betriebszustand aufweisende Steuerelemente verteilt sind (Fig. 3).

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 503 662, 2584720, 591 961.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 550/162 7.56 (TO9 581/27 7.57)