NO124900B - - Google Patents

Description

Koblingsanordning med bistabil funksjon.

Fra tysk utlegningsskrift nr. 1.050.376 er det allerede kjent

i forbindelse med bistabile halvleder-kippkoblinger som minneelementer i styre- og reguleringsanlegg å benytte en innretning som tjener til å forebygge feilkommandoer efter bortfall av nettspenningen, og hvor kippkoblingens to arbeidsstromgrener over en mettbar transformator er koblet sammen med motsatt viklingspolaritet og denne transformator på grunn av hysteresen opprettholder en til den respektive hvilestil-ling svarende usymmetri ved bortfall av nettspenningen og tilveie-bringer den opprinnelige driftstilstand efter at spenningen er vendt tilbake.

Imidlertid finnes der anvendelsestilfeller hvor det ikke uten videre kan tillates å foye inn slike ikke-lineære motstander i kob-

lingsanordninger med bistabil funksjon.

Oppfinnelsens oppgave er å skaffe en koblingsanordning som

har bistabil funskjon, og hvor de nevnte vanskeligheter er unngått med minst mulig koblingsutrustning.

En spesiell oppgave for oppfinnelsen er å utforme en koblingsanordning som har bistabil funksjon, og hvor koblingstilstanden lagres på en slik måte at de inneholdte koblingskretser med bistabil funksjon på fordelaktig måte er anvendelige til valgvis gjennorakobling resp. sperring av vekselspenninger.

Nærmere bestemt angår således oppfinnelsen en .koblingsanordning som har bistabil funksjon, og som efter avbrudd i forsyningsspenningen ved hjelp av en transformator med magnetisk hårdt kjernemateri-ale og med en forste og en annen vikling blir overfort til den koblingstilstand som forelå for forsyningsspenningen falt ut, og det karakteristiske ved denne koblingsanordning består ifolge oppfinnelsen i forste rekke i at den forste vikling mates med en strom som er uavhengig av koblingsanordningens koblingstilstand,og at den annen vikling er anordnet i en krets som forer eller ikke forer strom alt efter koblingsanordningens, koblingstilstand og tillike er utformet som styrekrets, hvilken annen vikling frembringer et amperevindingstall som er rettet motsatt det av den forste vikling frembragte amperevindingstall og er så meget storre enn dette, f.eks. med en faktor av to,

at transformatoren alt efter koblingsanordningens koblingstilstand inntar den ene eller den annen lagringstilstand. Som koblingselementer kan der særlig anvendes transistorer eller tyristorer. Ved hjelp av disse forholdsregler oppnår man den fordel at der ved koblingsanordningen under anvendelse av lite koblingsutstyr står til rådighet en koblingskrets som er fri for ikke-lineære motstander og har særlig gunstige koblingsegenskaper. Videre kan det tidspunkt da koblingsanordningen efter innkoblingen av nettet skal overfores til den stilling som forelå for nettspenningen falt ut, på gunstig måte velges fritt.

I henhold til en videre utvikling av oppfinnelsen blir koblingsanordningen utformet slik at bare den ene av to i koblingsanordningen inneholdte transistorer er mettbar,og at den annen, som særlig er anordnet for valgvis gjennomkobling eller sperring av vekselspenninger, er styrbar inn i det aktive område. Den transistor som i tilforselsladningen til sin emitter er tilkoblet den annen vikling, er da hensiktsmessig den mettbare transistor. En koblingsanordning utfort på denne måte kan med særlig fordel anvendes ved den valg-

vise gjennomkobling og sperring av vekselspenninger.

Som en videre utdypning av oppfinnelsen blir koblingsanordningen utformet slik at transistorene er aV' motsatt ledningsevnetype, og at basis på den transistor som kan styres inn i det aktive område, særlig over avkoblende koblingsmidler er tilsluttet en inngang for en vekselspenning og videre over en motstand er tilsluttet et. potensial som sperrer transistoren, samt over en ytterligere motstand er tilsluttet den mettbare transistors kollektor, og at emitteren hos den mettbare transistor over den annen vikling på transformatoren er tilsluttet referanspotensial, mens dens basis er tilsluttet kollektoren på den transistor som kan styres inn i det aktive område. En slik koblingsanordning, som særlig er styrbar via en styreinngang forbundet med den mettbare transistors basis,kan med fordel anvendes i koblings-felter resp. gjennomkoblingsfelter i likhet med kryss-skinnefordelere.

Videre er det hensiktsmessig å forbinde basis på den - særlig mettbare - transistor som i sin emittertilforselsledning er tilkoblet den annen vikling, med referansepotensialet over en motstand.

Som en videre utvikling av oppfinnelsen inneholder den positive tilbakekoblingssloyfe som ligger mellom kollektoren hos den mettbare transistor og basis hos den transistor som kan styres til det aktive område,et nettverk med en integrerende funksjon.

Ved en innretning med minst en gruppe av koblingsanordninger hvor bare et lite antall kan være gjennomkoblet samtidig, er det ennvidere hensiktmessig å utforme koblingsanordningen slik at den vikling på transformatoren som gjennomflytes av den av koblingstilstanden uavhengige strom, er koblet i serie med de tilsvarende viklinger hos de andre koblingsanordninger i samme gruppe. Dette gjelder særlig for koblingsanordninger som er anordnet for valgvis sperring eller gjennomkobling av vekselspenninger i et koblingsfelt og er tilordnet en og samme utgang.

Sluttelig er det hensiktsmessig å ta den av koblingsanordningens koblingstilstand uavhengige strom ut fra en innretning til innkobling av strommen med en tidskonstant tilmålt for sikker testing av transformatoren.

Oppfinnelsen vil bli belyst nærmere ved et utforelseseksempel som er vist på tegningen.

Tegningen viser en koblingsanordning som har bistabil funksjon og tjener til valgvis gjennomkobling av vekselspenninger i et gjennom-koblingsfelt i likhet med en kryss-skinnefordeler. Imidlertid kan koblingsanordningen også anvendes for andre slags fordelere eller tje-ne andre formål.

Av flere usymmetriske koblingselementer resp. portkoblinger innkoblet foran gjennomkoblingsfeltets utgang 15, viser tegningen bare koblingselementet resp. knutepunktet £0, som er utfort som bistabilt kipptrinn med komplementære transistorer.

Koblingselementet 20 er et transistortrinn i kollektor-grunnkobling som inneholder transistoren 10 og tjener til valgvis sperring eller gjennomkobling av vekselspenninger. Dette transistortrinn kan også være koblet i emitter-grunnkobling og ved hjelp av en forsterker ved hver utgang fra koblingsanordningen være forsynt med en negativ tilbakekobling.

Transistoren 10, som er en NPN-transistor, avgir alt efter kipptrinnets koblingstilstand den vekselspenning som over inngangstransformatoren 11 tilfores dens basis, over dioden 12 forsterket til utgangen 15. I et koblingsfelt, særlig ,i form av en kryss-skinnefordeler, blir der over inngangstransformatoren 11 styrt ytterligere knutepunkter på samme måte. På den annen side blir der i et slikt koblingsfelt fort flere knutepunkter til utgangen 15 ved at emitteren på de forsterkende transistorer er tilsluttet en felles arbeidsmot-stand 14, som er anordnet mellom driftsspenning og utgang 14.

Til' basis på transistoren 10 fores både den vekselspenning som påtrykkes inngangstransformatoren 11, og en styrelikespenning,

så vekselspenningen blir addert til likespenningen. Videre er inngangstransformatoren 11 galvanisk adskilt fra basis på transistoren 10. Sekundærviklingen på inngangstransformatoren 11 er på sin ene side tilsluttet likespenningen -19 V og på sin annen side over dioden 12 forbundet med basis for transistoren 10 såvel som med andre koblingselementer som er forbundet med den samme inngang, men ikke er vist nærmere.

Den styrespenning som styrer transistoren 10 til sperrende eller ledende tilstand, blir dannet i spenningsdeleren 16, som inneholder motstandene 7> 9 °S 19» Videre er basis på transistoren 10 over de seriekoblede motstander 7 og 9 tilsluttet kollektoren på transistoren 5 og over motstanden 13 tilsluttet driftsspenningen. Emitteren på transistoren 5 er forbundet med jord over viklingen 22 på transformatoren 2.

Basis på transistoren 5 er forbundet med kipptrinnets styreinngang 6, med kollektoren på transistoren 10 og, over motstanden 3»

med jord.

En ytterligere vikling 21 på transformatoren 2 er stadig tilsluttet forsyningsspenningen over motstanden 4« Motstandere 9 og 13 er shuntet med kondensatoren 8.

Dioden 12 har slik polaritet at den ved sperret transistor 5 likeledes sperrer. Spenningsdeleren 16 er dimensjonert slik at dioden 12 ved ledende transistor 5 likeledes leder.

Inngangs signal et mates innover dioden 12. Når transistoren

5 gjennomstyres, går det strom over dioden 12, og man får en spenning på f.eks. -18,3 V ved basis på transistoren 10 og overensstemmende hermed en spenning på f.eks. -19 V ved emitteren.

Blir transistoren 5 derimot sperret, så blir basis på transistoren 10 forbundet med driftsspenningen på f.eks. -24 V over motstandene 7> 9 °g viklingen 22, og dioden 12 og basis-emitterstreknin-gen hos transistoren 10 sperret, f.eks. med 5 V.

Denne kobling er særlig gunstig da seriekoblingen av sperre-kapasiteten av dioden 12 og kapasiteten av den sperrede basis-emitter-strekning hos transistoren 10 er bestemmende for sperrefunksjonen. Dessuten blir inngangsmotstanden av et sperret koblingselement meget stor. Den likestrom som går over motstanden 13 gjennom dioden 12, kan velges tilstrekkelig stor med henblikk på en stor klirrmargin.

På den annen side lar det seg også gjore å styre transistorene slik at sperrepotensialet blir tilfort transistorens basis over en sekundærvikling på en inngangstransformator og en dermed seriekoblet motstand, samtidig som denne sekundærvikling er felles for alle transistortrinn som er tilsluttet vedkommende inngang.

Med utgangspunkt i den koblingsanordning som er vist på tegningen, er det enn videre mulig å anordne en kondensator istedenfor dioden 12, og inngangstransformatoren 11 faller da bort.

Knutepunktet 20 består av et bistabilt kipptrinn som er opp-bygget med komplementære transistorer, hvorav transistoren 5 i gjennomkoblet tilstand styres til mettning, mens transistoren 10 forblir i forsterkerdrift, resp. i det aktive område, og gjennomkobler inngangs-signalet, som særlig kan være et bærefrekvens-signal.

Når knutepunktet er sperret, er viklingen 22 på transformatoren

.2 stromlos, og lagringskjer nen. resp. transformatoren 2 magnetiseres med likestrQmmen J over viklingen 21 til stillingen 0. Når knutepunktet er gjennomkoblet, blir lagringskjernen 2 med likestrommen 2 J magnetisert ta stilling 1 over viklingen 22, idet der forutsettes iike

vindingstall for viklingene 21 og 22. Ved forskjellige vindingstall forandrer forholdet mellom strommene seg tilsvarende.

Hvis en lagringskjerne som befinner seg i stilling 0, blir magnetisert i retning mot stilling 0, så inntrer der på viklingen 22 korte forstyrrende impulser, som kan holdes små ved passende valg av tidskonstantene ved ommagnetiseringen. Et RC-ledd oker sikkerheten for at disse forstyrrende impulser ikke kan gjennomkoble kipptrinnet.

Alt efter portkoblingens koblingstilstand blir lagringskjernen 2 magnetisert i forskjellig retning, nemlig slik at der når portkoblingen var gjennomkoblet for et bortfall av stromforsyningen, ved innkoblingen av nettet ved hjelp av omkoblingen av kjernen opptrer en puls som innkobler portkoblingen påny.

Kipptrinnet blir å dimensjonere slik at gjennomkoblede knutepunkter ved bortfall av strømforsyningen forst ved små stromforsynings-spenninger kipper til sperret tilstand for at magnetiseringstilstanden skål forbli opprettholdt. Ved gjeninnkobling av nettet er alle knute-punktene til å begynne med sperret. Således blir alle lagringskjernene over den respektive vikling 21 magnetisert til stilling 0. På viklingen 22 opptrer der da pulser som hvis kjernen allerede er magnetisert til stilling 0, er kortere og normalt også mindre enn hvis kjernen på forhånd var magnetisert til stilling 1. Disse pulser styrer transistoren 5 *il ledende tilstand, men bare de lange pulser kan over RC-leddet med motstanden 7 °g kondensatoren 8 styre også transistoren 10 til denne tilstand og dermed gjennomkoble kipptrinnet. Når kippt trinnet er gjennomkoblet, magnetiserer det straks igjen lagringskjernen 2 til stilling 1, hvorved den opprinnelige tilstand igjen er nådd.

For å holde forsyningsbehovet lite er det hensiktsmessig å seriekoble viklingene 21 på lagringsktfernene ved alle knutepunkter som er forbundet med en og samme utgang fra koblingsfeltet, og forbinde dem med forsyningsspenningen over en motstand tilordnet utgangen.

For at anordningen skal funksjonere sikkert selv ved snikende innkobling av nettet, er det hensiktsmessig å anordne en innretning som enten forst når en bestemt nettspenning nås, innkobler nettet med definert tidskonstant eller efter innkobling av nettet legger lagrings-kjernenes viklinger 21 til spenning med forsinkelse og/eller med definert tidskonstant.

Ved symmetrisk gjennomkobling av vekselspenninger inneholder koblingsanordningen en ytterligere transistor som kan styres inn i det aktive område, samtidig som de av de til det aktive område styrbare transistorer som er av samme ledningstype, hver har en i det minste delvis egen basisspenningadeler.

Til koblingsanordningens koblingspunkter kan der styres punkt-vis, særlig over koinsidensporter, idet styrepulsene tilfores basis på en av de transistorer som inneholdes i det bistabile kipptrinn.

På den annen side er det også mulig å foreta styring til koblingsanordningens koblingspunkter koordinatvis med koinsidente pulser slik at til enhver tid alle koblingspunkter for en linje blir pådradd med en forste styrepuls og alle koblingspunkter for en kolonne blir pådradd med en annen styrepuls. Den ene styrepuls blir da hensiktsmessig tilfort emitteren og den annen tilfort basis på en og samme transistor, som inneholdes i det bistabile kipptrinn. Særlig hensiktsmessig har det i den forbindelse vist seg å anvende en slik koordinatvis styring til den forsterkende transistor 10, at utgangsledningen på fordelaktig måte tillike tjener som styreledning.

Ennvidere kan potensialforholdene ved koblingselementene velges slik at en overforing av et av de koblingselementer som er tilordnet en og samme utgang, til ledende tilstand bare kan skje når der ennu ikke er gjennomkoblet noe koblingselement til vedkommende utgang. Ved en slik utformning av koblingsanordningen må eventuelt et koblingselement som allerede er ledende, slukkes far en ny gjennomkobling kan skje.Denne slukning han foretas gruppevis eller enkeltvis.

Claims (9)

1. Koblingsanordning som har bistabil funksjon, og som efter avbrudd i forsyningsspenningen ved hjelp av en transformator med magnetisk hårdtkjernemateriale og med en forste og en annen vikling,blir overfort til den koblingstilstand som forelå for forsyningsspenningen falt ut, karakterisert ved at den forste vikling (21) mates med en strom som er uavhengig av koblingsanordningens(20) koblingstilstand,og at den annen vikling (22) er anordnet i en krets som forer eller ikke forer strom alt efter koblingsanordningens koblingstilstand og tillike er utformet som styrekrets, hvilken annen vikling (22) frembringer et amperevindingstall som er rettet motsatt det av den forste vikling (21) frembragte amperevindingstall og er så meget storre enn dette, f.eks. med en faktor av to, at transformatoren alt efter koblingsanordningens (20) koblingstilstand inntar den ene eller den annen lagringstilstand.

2. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bare den ene (5) av to i koblingsanordningen inneholdte transistorer (5, 10) er mettbar, og at den annen transistor (10), som særlig kan være anordnet for valgvis gjennomkobling eller sperring av vekselspenninger, er styrbar til det aktive område.

3. Koblingsanordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at den transistor ( 5) som me(i sin emittertilforselsledning er tilkoblet den annen vikling (22), utgjores av den mettbare transistor (5).

4. Koblingsanordning som angitt i krav 2 eller 3>karakterisert ved at transistorene (5, 10) er av innbyrdes motsatt lednicgs-evnetype, og at basis på den transistor (10) som kan styres til det aktive område, særlig over a'v.<oblende koblingsmidler (diode 12) er forbundet med en inngang for en vekselspenning og ennvidere over en motstand (13) med et potensial som sperrer transistoren (10), samt over en ytterligere motstand (motstandene 7i 9) ma<i den mettbare transistors (5) kollektor, samt at emitteren på den mettbare transistor er forbundet med referansepotensial over den annen vikling (22) på transformatoren (2) og denne transistors basis er forbundet med kollektoren på den transistor (10) som kan styres til det aktive område.

5. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 2 - 4 > karakterisert ved at basis på den - særlig mettbare - transis-toH5) som i sin emitter-tilfQrselsledning er tilkoblet den annen vikling (22), er forbundet med referansepotensialet (jord) over en motstand (3).

6. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 2 - 5»karakterisert ved at den positive tilbakekoblingssloyfe som ligger mellom kollektoren hos den mettbare transistor (5) og basis hos den transistor (10) som kan styres til det aktive område, inneholder et nettverk med integrerende funksjon.

7. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 2-6, karakterisert ved at den vikling på transformatoren som gjennomflytes av den av koblingstilstanden uavhengige str6m (J), ved en innretning som har minst en gruppe av koblingsanordninger hvorav bare et begrenset antall kan gjennomkobles samtidig, er koblet i serie med de tilsvarende viklinger hos de ovrige koblingsanordninger i samme gruppe.

8. Koblingsanordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den av koblingsanordningens (20) koblingstilstand uavhengige strom (J) tas fra en innretning til innkobling av strommen (J) med en tidskonstant dimensjonert for sikker testing av transformatoren.

9. Koblingsanordning som angitt i et av kravene 2-8, karakterisert ved at koblingsanordningen ved symmetrisk gjennomkobling av vekselspenninger inneholder en ytterligere transistor som kan styres til det aktive område, og at hver av de til det aktive område styrbare transistorer som er av samme ledningstype, har en i det minste delvis basisspenningsdeler.