DE1079113B - Gatter zur Verarbeitung von als Strahlung vorliegenden Eingangssignalen nach vorgeschriebenen logischen Funktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf sogenannte Gatter oder logische Elemente, wie sie zur Kommandoverarbeitung, insbesondere bei der Steuerung von Werkzeugmaschinen, bekanntgeworden sind. Die Gatter ersetzen dabei Relaisschaltungen und sind imstande, bei 5 geeignetem Aufbau jede beliebige Relaiskombination nachzubilden.

An ein ideales kontaktloses Relais werden im wesentlichen die folgenden Anforderungen gestellt. Die Leitfähigkeit der Schaltstelle im Durchlaßzustand soll von der Polarität, Amplitude, Frequenz, Phase und Kurvenform von Spannung, Strom oder Leistung unabhängig sein. Ferner soll ein hohes Verhältnis der Widerstände im Sperr- und Durchlaßzustand vorliegen. Das kontaktlose Relais wird um so besser sein, je mehr sich seine Eigenschaften in dieser Hinsicht denen des normalen Relais annähern, wo die Durchlässigkeit praktisch unendlich und die Leitfähigkeit im gesperrten Zustand gleich Null ist. Ferner sollen Steuereingang und Lastausgang voneinander wirksam elektrisch isoliert sein. Die Schaltleistung des Relais soll wesentlich höher sein als die Steuerleistung. Schließlich wird kurze Ansprechzeit, lange Lebensdauer, Wartungsfreiheit sowie robuster und kleiner Aufbau gefordert.

Die üblichen kontaktlosen Relais weisen diese Eigenschäften nicht sämtlich auf. Der Transistor, das Thyratron und die Vakuumröhre arbeiten jeweils nur in einer Richtung. Um sie als Relais zu verwenden, ist es notwendig, eine Vorspannung einzuführen, die die einheitliche Polarität aufrechterhält. Vor der Ver-Wertung des Ausgangssignals muß dann der der Vorspannung entsprechende Anteil entfernt werden. Dies kann zu beträchtlichen Schwierigkeiten führen, wenn bereits im Steuersignal ein Gleichstromanteil enthalten ist, der auch im Ausgang wieder erscheinen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Aufbau von Gattern von kontaktlosen Relais Gebrauch zu machen, die die oben angeführten Anforderungen besser erfüllen. Derartige kontaktlose Relais sind auf fotoelektrischer Grundlage bekanntgeworden. Man kann auf diese Weise annähernd die vorteilhaften Betriebseigenschaften mechanischer Relais mit der Schnelligkeit und Verläßlichkeit der kontaktlosen Relais kombinieren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gatter zur Verarbeitung von als Strahlung vorliegenden Eingangssignalen nach vorgeschriebenen logischen Funktionen mit dem Kennzeichen, daß die logischen Funktionen durch eine Kombination von lichtempfindlichen Signalempfängern und ohmschen Widerständen im elektrischen Speisekreis einer Strahlungsquelle dargestellt ist, die ihrerseits einen lichtempfindlichen Schaltwiderstand im Verbraueherkreis steuert.

Gatter zur Verarbeitung

von als Strahlung vorliegenden

Eingangssignalen nach vorgeschriebenen

logischen Funktionen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Juli 1957

Richard C. Lyman, Monroeville, Pa.,

Robert I. Van Nice, Glenshaw, Pa.,

und William G. Evans, Monroeville, Pa. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben werden.

Zunächst ist in Fig. 1 ein fotoelektrisches Relais dargestellt, das aus einer Strahlungsquelle B und einem lichtempfindlichen Empfänger D besteht. Legt man an die Strahlungsquelle E über die Klemmen 10,11 eine elektrische Spannung an, so wird der Empfänger D bestrahlt, so daß sich sein elektrischer Widerstand ändert. Schaltet man ihn mit den Klemmen 12,13 in einen elektrischen Stromkreis, so kann in bekannter Weise eine Steuerung des Laststromes erzielt werden.

In Fig. 2 ist dieses Prinzip auf ein spezielles Beispiel angewendet, bei dem als Strahlungsquelle eine Glimmlampe dient. In Reihe mit der Glimmlampe 20 liegt ein Begrenzungswiderstand 21, parallel zur Glimmlampe ein Widerstand 22. Die beiden Widerstände bilden einen Spannungsteiler, und die Glimmlampe ist an dem Mittelpunkt 23 und die Klemme 11 angeschlossen.

Als Strahlungsempfänger D können beispielsweise lichtempfindliche Halbleiterwiderstände 16, 17 Verwendung finden. Sie liegen in Reihe mit einer Last 26 bzw. 27 in einem Stromkreis, der über die Klemmen 12, 13 bzw. 14,15 an eine Speisespannungsquelle angeschlossen ist. Sobald die Glimmlampe 20 gezündet hat,

STO 769/358

werden die beiden lichtempfindlichen Halbleiterwiderstände durchlässig. Die Spannung an den Klemmen 12 bis 15 kann eine Gleich- oder Wechselspannung sein. Bei Bestrahlung haben die lichtempfindlichen Halbleiterwiderstände einen verhältnismäßig geringen Widerstand in der Größenordnung von 100 oder 1000 Ohm, während der Sperrwiderstand bei fehlender Bestrahlung sich dem Wert unendlich nähert. Um Streueffekte zu verhindern, wird das fotoelektrische Relais vorteilhaft in ein lichtdichtes Gehäuse eingebaut.

Während der Widerstand 21 zur Begrenzung des Glimmlampenstromes dient, führt der Widerstand 22 zu rascher Entionisierung nach Unterschreiten der Brennspannung und damit zu kurzen Schaltzeiten des Relais.

Verwendet man statt der Glimmlampe eine Elektrolumineszenzschicht, so wird der Widerstand 22 entbehrlich. Auch der Widerstand 21 kann dann fortgelassen werden.

In Fig. 3 ist ein Nichtgatter nach der Erfindung dar- ao gestellt, bei dem gleichartige Schaltungselemente mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet worden sind. Parallel zum Widerstand 22 liegt ein weiterer lichtempfindlicher Widerstand 28, der als Signalempfänger dient, in Reihe mit einem Widerstand 29.

Die Versorgungsspannung an den Klemmen 10,11 bleibt in diesem Fall dauernd bestehen, und die Glimmlampe brennt so lange, wie der lichtempfindliche Widerstand 28 unbelichtet bleibt. Die Belichtung dieses Widerstandes stellt das Eingangssignal dar. Das Gatter gibt also ein Ausgangssignal ab, wenn das Eingangssignal nicht vorhanden ist. Bei Belichtung des Widerstandes 28 entsteht ein kurzschlußartiger Stromweg, so daß die Spannung an der Glimmlampe 20 die Brennspannung unterschreitet. Damit sperrt der Widerstand 16, und das Relais schaltet ab.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Undgatters nach der Erfindung, bei dem in Reihe mit der Speisespannung für die Glimmlampe 20 zwei oder mehrere lichtempfindliehe Widerstände 31, 32 liegen, die als Signalempfänger dienen und die Eingänge des Undgatters darstellen. Die Glimmlampe 20 kann nur dann zünden, wenn sämtliche Widerstände 31, 32 belichtet und dadurch durchlässig sind, wie es der Funktion eines Undgatters entspricht, dessen sämtliche Eingänge besetzt sein müssen.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit zum Aufbau eines Odergatters nach der Erfindung. In die Speiseleitung für die Glimmlampe 20 ist hier eine Parallelschaltung von lichtempfindlichen Widerständen 31, 32 geschaltet, und zwar entsprechend der gewünschten Zahl der Eingänge. Sobald ein einziger dieser Widerstände belichtet wird, zündet die Glimmlampe 20., und die Last 26 wird eingeschaltet.

Schließlich ist in Fig. 6 der Aufbau eines Weder-Noch-Gatters nach der Erfindung angedeutet. Es stellt praktisch ein Nichtgatter nach Fig. 3 mit mehreren Eingängen dar. Parallel zur Glimmlampe 20 sind zwei oder mehrere lichtempfindliche Widerstände 31, 32 jeweils in Reihe mit Widerständen 33, 34 angeordnet. Sobald einer dieser Widerstände belichtet wird, unterschreitet die Spannung an der Glimmlampe 20 die Brennspannung, so daß die Last 26 abgeschaltet wird. Dies entspricht der Funktion des Weder-Noch-Gatters, nur dann ein Ausgangssignal abzugeben, wenn keiner der Eingänge besetzt ist.

Die in den Fig. 3 bis 6 angedeuteten Gatter können in jeder beliebigen Kombination zusammengestellt werden, die in der Steuertechnik üblich oder erforderlich ist. Beispielsweise kann man die Einrichtungen nach Fig. 4 und 5 kombinieren, wodurch ein Und-Oder-Gatter entsteht. Es enthält eine Mehrzahl von Signalempfängern in Reihenschaltung sowie eine Mehrzahl von Signalempfängern in Parallelschaltung. Die Kaskadenschaltung mehrerer Gatter ist auf einfache Weise dadurch erzielbar, daß die in den Figuren angedeuteten lichtempfindlichen Widerstände 16 zugleich als Signalempfänger für die nachgeschalteten Gatter dienen.

Die Gatter nach der Erfindung weisen eine Reihe von wesentlichen Vorteilen auf. Zunächst besteht zwischen Steuer- und Arbeitskreis völlige elektrische Isolation. Das Verhältnis zwischen Durchlaß- und Sperrwiderstand der Schaltstelle ist relativ hoch. Sämtliche Kreise können aus einer gemeinsamen Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle beliebiger Polarität gespeist werden. Es treten keinerlei Anpassungsprobleme auf, wie sie bei der Kaskadenschaltung von Gattern üblichen Aufbaus vorliegen. Da auch hier bewegliche Teile fehlen, erzielt man eine große Betriebssicherheit und lange Lebensdauer. Außerdem ist auch die Baugröße der Gatter nach der Erfindung sehr gering, und die einzelnen Elemente, die in lichtdichte Gehäuse eingebaut werden, haben kleines Gewicht und robusten Aufbau.

Welche Strahlungsquellen und lichtempfindlichen Widerstände man verwendet, ist für die Einrichtung grundsätzlich gleichgültig. Die Glimmlampen sind, wie bereits angedeutet, durch Elektrolumineszenzschichten oder auch, wenn es auf sehr geringe Ansprechzeit nicht ankommt, durch einfache Glühlampen ersetzbar.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gatter zur Verarbeitung von als Strahlung vorliegenden Eingangssignalen nach vorgeschriebenen logischen Funktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Funktion durch eine Kombination von lichtempfindlichen Signalempfängern (28, 31, 32) und ohmschen Widerständen (21, 22, 29, 33, 34) im elektrischen Speisekreis einer Strahlungsquelle (20) dargestellt ist, die ihrerseits einen lichtempfindlichen Schaltwiderstand (16) im Verbraucherkreis steuert.

2. Gatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Strahlungsquelle eine Glimmlampe enthält.

3. Gatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Strahlungsquelle eine Lumineszenzschicht enthält.

4. Gatter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalempfänger und Schaltwiderstand lichtempfindliche Halbleiterwiderstände dienen.

5. Nichtgatter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalempfänger parallel zur Strahlungsquelle angeordnet ist (Fig. 3).

6. Undgatter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Eingangssignal ein Signalempfänger in Reihe mit der Strahlungsquelle angeordnet ist (Fig. 4).

7. Odergatter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Eingangssignal ein Signalempfänger in Parallelschaltung vorgesehen ist, wobei die Parallelschaltung in Reihe mit der Strahlungsquelle liegt (Fig. 5).

8. Weder-Noch-Gatter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Ein-

gang ein Signalempfänger der Strahlungsquelle parallel geschaltet ist (Fig. 6).

9. Kombination der Grundgatter nach den Ansprüchen 5 bis 8.

10. Kaskadenschaltung von Gattern nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwiderstände zugleich als Signal empfänger der darauffolgenden Gatterstufe dienen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 052 452.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen