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Bistabile Schaltung mit einem Ferreedrelais mit Umschaltekontakt In
elektronischen Schalt-, Steuer- und Regelanlagen (z. B. Nachrichtentechnik, Fernsprechvermittlungstechnik)
tritt vielfach die Forderung auf, digitale Speicher (Flip-Flop-Stufen) zu verwenden.
Solche Schaltungen sind bisher in verschiedenen Ausführungen unter Zuhilfenahme
von .z. B. Röhren, Transistoren, Schaltkernen usw. bekannt. Ebenso ist es auch bekannt,
für Flip-Flop-Schaltungen polarisierte Relais zu verwenden. Diese haben den Vorteil,
daß zur Aufrechterhaltung eines der beiden Schaltzustände keine elektrische Energie
erforderlich ist und daß, ohne den Schaltzustand zu ändern, dieser für irgendwelche
Steuer- und Prüfzwecke zur Verfügung steht. Dafür haben sie als Nachteile die langsame
Umschaltzeit und die relativ hohen. Kosten.
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Eindeutige Schaltverhältnisse und erheblich kürzere Schaltzeiten erbringt
dagegen eine Steueranordnung für Schutzrohrkontakte, bei der die Steuerung durch
Verlagerungdes betätigenden Magnetflusses von einem durch zwei zu beiden Seiten
des Kontaktankerpaares angeordnete Dauermagneten gebildeten Flußweg-zu einem über
das Kontaktankerpaar verlaufenden Flußweg oder umgekehrt erfolgt. Diese in der angelsächsischen
Literatur auch mit Ferreed Kontakt bezeichnete Anordnung kommt mit einer geringen
Ansprecherregung aus.
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Beim Ferreed-Kontakt ordnet man z. B. einen in der Mitte durchgesägten
Ferrit-Ringkern, wie er aus der Speichertechnik bekannt ist, oder auch zwei langgestreckte
Kerne, je zur Hälfte auf beiden Seiten eines Schutzrohrkontaktes an. Jede Ringkernhälfte
trägt eine Wicklung. Ist nur eine -der Wicklungen erregt oder sind beide Wicklungen
gleichsinnig erregt, so werden beide Ferrit-Kernhälften in der gleichen Richtung
magnetisiert. Der Magnetfluß schließt sich über die beiden Ringkernhälften. Ein
Fluß über den zwischen beiden Ringkernhälften.liegenden Arbeitsluftspalt des Kontaktanke:rpaares
kommt nicht zustande. Wird dagegen durch einen entsprechenden Steuerstrom in einer
oder beiden Wicklungen erreicht, da.ß die Ringkernhälften an ihren sich gegenüberliegenden
Enden eine gleiche Polarität aufweisen, so verlagert sich der Fluß zu dem Kontaktankerpaar
und schließt sich über den Arbeitsluftspalt mit der Wirkung, daß der Schutzrohrkontakt
geschlossen wird (ETZ, A, 1960, H. 25, S. 884, Fig. 9).
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Neuere Untersuchungen zeigen, daß es genügt, den Magnetisierungszustand
des einen Dauermagneten um einen bestimmten Betrag zu ändern, um eine Flußverlagerung
zum Kontaktankerpaar zu bewirken. Eine Ummagnetisierung ist also nicht in jedem
Fall erforderlich. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachsteile eines polarisierten
Relais durch Verwendung eines solchen Ferrreed-Relais zu vermeiden.
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Die Erfindung betrifft eine bisstabile Schaltung mit einem Ferreed-Relais
mit Umschaltekontakt und ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der beiden möglichen
Magnetisierungszustände des Ferreed-Relais der Ladungszustand eines in Reihe mit
dessen Erregerwicklung liegenden Kondensators, der über einen Begrenzungswiderstand
am jeweiligen Eingangspotential liegt, nach Schließen eines die Beläge des Kondensators
über die Erregerwicklung kurzschließenden Schalters den neuen Magnetisierungszustand
des Ferreed-Relais bestimmt.
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Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung wird der den Entladestromkreis
schließende Schalter durch den Kontaktanker eines Schutzgasrelais gebildet, dessen
Wicklung von einem Steuerimpuls durchflossen ist.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird der den Entladestromkreis
schließende Schalter durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors,
dessen Emitter-Basis-Strecke von einem Steuerimpuls durchflossen ist, gebildet.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Ferreed-Relais mit
Umschaltekontakt durch die Zusammenschaltung zweier Ferreed-Relals mit einfachen
Kontakten ersetzt, von denen bei gleichem Magnetisierungszustand jeweils ein Kontakt
geschlossen und der andere geöffnet ist und deren zugehörige Wicklungen in Serie
geschaltet sind.
Bei einer solchen Ausführungsform ist zur Vermeidung
eines Kurzschlusses der Speisespannung bei einer möglichen überlappung der Umschaltevorgänge
eine mittenangezapfte Strombegrenzungsdrossel zwischen die beiden Kontakte und den
gemeinsamen Anschluß gelegt.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung können mehrere bistabile Schaltungen
zu einem binären Zähler .hintereinandergeschahet werden.
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Im folgenden wird an Hand von 4 schematischen Darstellungen die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung näher erläutert.
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Bild 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
Bild 2 zeigt ihren Spannungsverlauf; Bild 3 zeigt eine andere Ausführung des Ferreed
Relais und Bild 4 eine schaltungsmäßige Vervollkommnung der Schaltung nach Bild
3.
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In Bild 1 stellt das mit 1 bezeichnete Rechteck ein Ferreed-Umschalterelais
dar. Liegt der Umschaltekontakt 6 in der gezeichneten oberen Stellung und ist der
Eingang 18 z. B. mit der 0-Volt-Klemme verbunden, so wird der Kondensator 3 über
den Widerstand 16 auf eine Spannung 2U Volt aufgeladen, dergestalt, daß der rechte
Belag gegenület dem linken Belag ein positives Potential besitzt. Wird nun beispielsweise
das als Rechteck 2 gezeichnete elektromagnetische Schutzkontaktrelais durch einen
Impuls entsprechender Länge erregt, so schließt der Kontakt 4, und der Kondensator
3 kann sich über die Erregerwicklung 5 und das Ferreed-Relais 1 entladen. Durch
den durch die Erregerwicklung 5 fließenden Entladestrom wird das Ferreed-Relais
1' in die untere Lage umgeschaltet. Da inzwischen das Relais 2 abgefallen ist, hat
der Kontakt 4 sich schon vorher geöffnet. Der Kontakt 4 kann hierbei durch einen
Schalttransistor ersetzt werden.
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Wird nun anschließend dem Eingang 18 eine Spannung 2 U zugeführt,
so wird der Kondensator 3 wieder auf eine Spannung 2 U Volt aufgeladen. Jedoch ist
jetzt die Polarität der Belege entgegengesetzt zu dem oben beschriebenen Fall, da
der Umschaltekontakt 6 bei Beginn dieses Vorganges in der unteren Stellung lag.
Wird anschließend die Wicklung 7 des Relais 2 mit einem Steuerimpuls 8 erregt, so
schließt erneut der Kontakt 4, und der Kondensator entlädt sich wieder über die
Spule 5 des Ferreed-Relais 1. Wegen der entgegengesetzten Ladung des Kondensators
3 fließt der Strom durch die Spule 5 in umgekehrter Richtung: Dies hat zur Folge,
daß der magnetische Ursprungszustand wiederhergestellt wird. Diese Änderung des
magnetischen Zustandes hat zur Folge, daß der Kontakt wieder in die obere Lage umschlägt.
Hiermit ist gezeigt; daß je nachdem, welches Potential der Eingang erhält, das Ferreed-Relais
1 von einem in den anderen bistabilen Zustand umgeschaltet werden kann.
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Wird nun weiterhin beispielsweise der in Bild 1 gezeichnete Zustand
zugrunde gelegt, so hat von dem letzten Umschalten der Eingang 18 an -f-2
U Volt gelegen, und der Kontakt ist nach Anlegen eines Steuerimpulses 8 in die gezeichnete
obere Schaltstellung umgeschlagen. Jetzt sei angenommen, daß der Eingang 18 auch
weiterhin mit der Spannung 2 U verbunden bleibt.
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Dies hat zur Folge; daß sich der Kondensator 3 über den Widerstand
16 entlädt; da beide mittelbar an derselben Spannung 2 U liegen. Ein Steuerimpuls
8, der das Relais 2 zum Ansprechen bringt und mithin das Schließen des Kontaktes
4 bewirkt, bewirkt keine Änderung des Zustandes des Ferreed-Relais 1, da der Kondensator
3 entladen ist. Das entsprechende gilt, wenn die Anordnung (Eingang 18 auf
0 Volt) bei einem ersten Steuerimpuls 8 den Umschaltekontakt 6 in die untere Lage
umgeschaltet hat und bei unverändertem Eingang ein weiterer Steuerimpuls 8 das Relais
2 erregt. Diese Schaltung besitzt also dieselben Arbeitsbedingungen wie eine der
bekannten bistabilen Speicherstufen, d. h., sie wird abhängig von der am Eingang
18 stehenden Information (2 U oder 0) bei Eintreffen des Taktimpulses 8 umgeschaltet
oder bleibt in ihrer vorherigen Stellung.
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Führt man dem Eingang 18 dagegen eine feste Spannung von U Volt zu,
also gibt man keine wechselnde Information auf den Eingang, so wird der Kondensator
3 auf eine Spannung U mit abwechselnd umgekehrten Potential aufgeladen. Die Schaltung
arbeitet dann als binäre Untersetzer- bzw. Teilerstufe. Für die Steuerimpuls.reihe
8 (Bild 2) erhält man den Spannungsverlauf 10.
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Gleichgültig, ob der zuerst oder an zweiter Stelle beschriebene Funktionsverlauf
zugrunde liegt, können durch Zwischenschaltung entsprechender logischer Verknüpfungen,
(beispielsweise Und-oder-Tore) vollständige logische Programme gleich welcher Art
aufgebaut werden.
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Für das einwandfreie Arbeiten der Schaltung ist nur zu berücksichtigen,
daß der Ladestrom des Kondensators 3 klein gegen den Entladestrom ist, da beide
Ströme über die Spule 5 des_Ferreed-Relais 1 fließen, und verhindert werden muß,
daß der Ladestrom eine bleibende Veränderung des magnetischen Zustandes und damit
des Schaltzustandes des Ferreed-Relais 1 bewirkt.
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Soll aus besonderen Gründen kein Ferreed-Relais mit Umschaltekontakten
1 im Bild verwendet werden, so kann dieses nach Bild 3 durch zwei Ferreed
Relais 1 u mit je einem Arbeitskontakt ersetzt werden. Diese beiden Relais sind
so geschaltet, daß dann, wenn der eine Kontakt geschlossen, der andere geöffnet
ist. Bei dieser Schaltung könne. unter Umständen kurzzeitig beide schließen. Um
dabei einen Kurzschluß der Speisespannung zu vermeiden, ist es erforderlich, an
den Punkten 11, 12 und 13 (Bild 3 und 4) eine Strombegrenzungsdrossel
einzuschalten.
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Die obergenannten bistabilen Schaltungen lassen sich ohne weiteres
zu einem binären Zähler hintereinanderschalten.