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Elektronische Kettenschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung für eine elektronische, mit durchlaufendem Steuerimpuls arbeitende
Kettenschaltung für mehrere Stufen.
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Es sind bereits Suchwähler bekannt, bei denen die elektronischen Mittel
die Weiterschaltung in einer Kettenschaltung veranlassen.
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Bei diesen Schaltungen wird stets eine zuerst belegte Stufe der Kettenschaltung
erst nach der vollzogenen Belegung einer nächsten Stufe durch eine besondere Schaltmaßnahme
von dieser letztgenannten Stufe aus wieder in die Anfangslage zurückgeführt. In
dem Zeitintervall zwischen dem Zünden einer Röhre einer Stufe und dem Zünden der
Röhre einer nächsten Stufe besteht die Gefahr für Doppelbelegungen. Ein gesonderter
Impulsgenerator ist vielfach benötigt, um die elektrische Weiterschaltung von Stufe
zu Stufe zu bewirken.
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Es wird auch die Weiterschaltung einer Kette durch Anschalten eines
Markierpotentials durch einen Schalter der nächsten zu belegenden Stufe verhindert.
Bei dieser Anordnung sind nicht nur besondere Schaltmaßnahmen zum Freischalten der
zuerst belegten Stufe und der eine Einrichtung als frei kennzeichnenden nächsten
Stufe, sondern auch besondere Aufwände zum Wiederanlaufen der Kette erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, durch mehrere parallel an Betriebsspannung
geschaltete Kippstufen mit Transistoren in einfacher Weise eine Einheit zu schaffen,
die die Funktionen bekannter, durch Relais gebildeter Kettenschaltungen erfüllt
und die Nachteile der bekannten elektronischen Kettenschaltungen vermeidet. Erreicht
wird dies nach der Erfindung dadurch, daß in jeder zwei Transistoren enthaltenden
Kippstufe mehrerer parallel an Betriebsspannung geschalteter Kippstufen ein die
Betriebsweise der Kippstufen bestimmender Schalter und eine von der durch den Schalter
bestimmte Steuerung der Kippstufe abhängige Fremdspannungsquelle vorgesehen sind,
die den Kollektor eines Transistors mit der Basis eines entsprechenden Transistors
der nächsten parallel an Betriebsspannung geschalteten Kippstufe verbindet und bei
Zurückführen der ersten Kippstufe in die Anfangslage durch sein Umladen die nächste
Kippstufe in die Arbeitslage führt.
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Durch diese Anordnung wird nur bei einer bestimmten Betriebsweise
einer Kippstufe und In-die-Anfangslage-führen dieser Kippstufe eine Fremdspannungsquelle
so beeinflußt, daß der offene Transistor einer parallel an Betriebsspannung geschalteten
nächsten Kippstufe gesperrt und der gesperrte Transistor dieser Kippstufe geöffnet
wird und somit diese letztgenannte Stufe in die Arbeitslage geführt wird. Es wird
also zu jedem beliebigen Zeitpunkt nur eine Stufe der Kettenschaltung wirksam, so
daß Fehlbelegungen, z. B. Doppelbelegungen, ausgeschlossen sind. Hiermit ist in
einfacher Weise durch die Zusammenschaltung mehrerer Kippstufen eine beispielsweise
für Kettenschaltungen verwendbare Anordnung geschaffen, die sich nicht nur selbsttätig
weiterschaltet, sondern auch Fehlbelegungen ausschließt.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird in jeder Kippstufe mehrerer
an Betriebsspannung geschalteter Kippstufen, bei der der Kollektor eines Transistors
über eine Fremdspannungsquelle mit der Basis des Transistors einer zweiten Kippstufe
verbunden ist, zwischen dem Kollektor und der Basis des zweiten Transistors der
aus zwei Transistoren bestehenden, an sich bistabilen Kippstufe eine Rückkopplungsanordnung
zur Erzielung einer monostabilen Betriebsweise vorgesehen und ein Schalter derart
an der die monostabile Betriebsweise erzielenden Rückkopplungsanordnung geschaltet,
daß durch den Schalter bei bestimmten Schaltzuständen die Rückkopplungsanordnung
zur Erzielung einer bistabilen Betriebsweise unwirksam gemacht wird.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
den für das Verständnis wichtigen Einzelheiten gezeigt.
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Die Fig. 1 zeigt zwei Kippstufen mit je zwei Transistoren. Die an
sich bistabile KippstufeA zeigt außer die über den Gleichrichter, den Widerstand,
den Kondensator, den Gleichrichter und den Widerstand gebildete Rückkopplungsanordnung
einen Schalter in Form des mechanischen Kontaktes. In der Kippstufe
B
wird dieser Schalter durch den Transistor T
gebildet. Über die Dioden erfolgt
die Abschaltung der Rückkopplung an die Kippstufe. Mit dem Kontakt läßt sich die
Rückkopplung wahlweise unwirksam machen. Durch den Kontakt 15s1 wird der Zustand
am Spannungsteiler R 1, R 2 geändert.
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In der Fig. 2 sind mehrere Kippstufen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind,
in einer Kettenschaltung so angeordnet, daß eine Sucherfunktion oder eine Abzählfunktion,
wie sie beispielsweise in der Fernsprechtechnik auftreten, erfüllt werden kann.
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Es sei zunächst an Hand der Fig. 1 die Funktion einer der dargestellten
Kippstufen, z. B. der Kippstufe A, erläutert.
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Es sei angenommen, daß die Basis des Transistors Ta in der Anfangslage
dem Emitter gegenüber so weit negativ vorgespannt ist, daß der Kollektor den vollen,
nur durch den Widerstand R 3 begrenzten Strom führt. Der Transistor Tb ist
dann gesperrt, weil dessen Basis durch den Spannungsteiler R 4, R 5 eine auf den
Emitter des Transistors Tb bezogene positive Spannung führt. Wird jetzt von
außen her der Kondensator C2 so beeinfiußt, daß ein positiver Spannungssprung entsteht,
d. h. vom Kondensator C 2 eine positive Ladungsverschiebung zur Basis des Transistors
Ta erfolgt, so kommt für die Dauer der Umladung des Kondensators C 2 ein Stromstoß
zustande, der dem Basisstrom entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch wird die Basis
vom Transistor Ta positiver, und der Kollektorstrom wird gesperrt. Als unmittelbare
Folge wird der Spannungsteiler R4/R5 unterstützt durch den Ladestrom des Kondensators
C 4 die Basis vom Transistor Tb in das negative Öffnungspotential heben.
Der geöffnete Transistor Tb legt die Sperrlage des Transistors Ta fest. Der neue
Zustand ist durch den geöffneten Transistor Tb und durch den gesperrten Transistor
Ta gekennzeichnet. Während des Kippvorganges ist am Kondensator Ck 2 ein negativer
Spannungssprung aufgetreten, der sich aber nicht weiter auf die nächste Kippstufe
B auswirkt, da in dieser Kippstufe der Transistor Tc geöffnet ist.
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Ist nunmehr angenommen, daß der Kontakt 15 s 1 nach Öffnen des Transistors
Tb geöffnet wird, so kippt die Stufe A in die Anfangslage zurück, da durch
das Wegnehmen des Potentials am Spannungsteiler R 1, R 2 die Entladung des Kondensators
C 1 herbeigeführt wird. Dieser Kondensator C 1 ist im Ruhezustand vom Minuspotential
UB über den Widerstand des Relais X1, die Diode Dl und den Widerstand R1
und vom Pluspotential über die Widerstände R 5, R 6 aufgeladen. Da durch öffnen
des Transistors Tb der Kollektor positiv geworden ist, fließt ein Entladestrom
über die Diode D 2 und die Widerstände R 5 und R 2 ab. Dadurch baut sich die Spannung
an R 5 so weit ins positive ab, daß die Basis des Transistors Tb so positiv
wird, daß der Transistor Tb gesperrt wird und infolgedessen der Transistor Ta geöffnet
werden kann. Der Kondensator C 6 unterstützt das Öffnen des Transistors Ta. Beim
Umkippen in die Anfangslage kommt am Kondensator Ck2 durch Positivwerden des Kollektors
des Transistors Tb eine Umladung zustande; die einen positiven Spannungssprung
für den Transistor Tc der Kippstufe B bedeutet. Hierdurch wird der Transistor
Tc der Kippstufe B gesperrt und dadurch der Transistor Tel geöffnet. Der Vorgang
in der Kippstufe B ist analog zu dem Vorgang in der Kippstufe A. Die Dioden D2 und
der Widerstand R 6 der Kippstufe A verhindern, daß bei kleiner Sperrspannung durch
den Ladestrom von C 1 die Basis des in die Sperrlage zurückgekippten Transistors
Tb wieder zum Öffnungspotential kommt.
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Ist aber angenommen, daß der Kontakt 15 s 1 von vornherein geöffnet
ist, so wird beim Kippen der A-Stufe aus der Anfangslage ja geöffnet,
Tb gesperrt) unmittelbar mit dem Öffnen des Transistors Tb die Spannung
am Spannungsteiler R 1, R 2 wieder zusammenbrechen. Der Entladestrom 'des
Kondensators C 1 über die Diode D 2 und die Widerstände R 5 und R 2 führt dann sofort
zur Sperrung der Basis des Transistors Tb. Hiermit ist die Anfangslage wieder
erreicht, d. h., der Transistor Ta ist wieder geöffnet und der Transistor
Tb wieder geschlossen (monostabile Betriebsweise).
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Da der Spannungsteiler R 1, R 2 im Ruhezustand durch den Transistor
Tb auf dem Betriebspotential gehalten wird, bleiben etwaige Prellimpulse
bei der Kontaktbetätigung unwirksam.
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Ist angenommen, daß der Kontakt 15 s 1 von vornherein geschlossen
ist, so wird beim Kippen der A-Stufe aus der Anfangslage, d: h. beim Sperren des
Transistors Ta und Öffnen des Transistors Tb, eine bistabile Betriebsweise
der Kippstufe erreicht. Die Spannung am Spannungsteiler R 1, R 2 bricht nicht zusammen,
da das Minuspotential der Betriebsspannungsquelle UB über den Widerstand
R7, den Kontakt 15 s 1 und den Widerstand R 1 den Kondensator C 1 auf voller Spannung
hält. Es wird nunmehr das Relais X1, welches bei monostabiler Betriebsweise durch
den kurzen Stromstoß nicht ansprechen kann, durch den ständig fließenden Kollektorstrom
eingeschaltet. Der Schalter S l bewirkt also in Abhängigkeit des Schaltzustandes
des Kontaktes 15s1 eine Einschaltung oder Nichteinschaltung des Relais X1,
d. h. also eine Ja-Nein-Aussage. Diese Aussage wird zur Einleitung bestimmter Schaltvorgänge
ausgenutzt: Die Rückkopplungsschaltung zwischen dem Kollektor und der Basis des
Transistors Tb der aus zwei Transistoren Ta, Tb bestehenden an sich
bistabilen Kippstufe ist zur Erzielung einer monostabilen Betriebsweise vorgesehen
und dann wirksam; wenn der Kontakt 15 s 1 geöffnet ist. Ist der Kontakt 15 s 1 geschlossen,
so ist die Rückkopplungsschaltung unwirksam, und die Kippstufe hat eine bistabile
Betriebsweise. An Stelle des dargestellten: Ruhekontaktes 15 s 1 kann selbstverständlich
auch ein Arbeitskontakt vorgesehen werden.
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Für die Kippstufe B ist an Stelle des Kontaktes 15 s 1, der bei der
Kippstufe A einen mechanisch betätigten Kontakt darstellt, der in Abhängigkeit bestimmter
Funktionen betätigt werden kann, ein Transistor T vorgesehen, welcher in Abhängigkeit
bestimmter Schalteinflüsse von außen her geöffnet bzw. gesperrt wird. Der geöffnete
Transistor T entspricht dem geöffneten Kontakt 15 s 1, der gesperrte
Transistor T entspricht dem geschlossenen Kontakt 15 s 1.
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Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist; da erst nach Zurückführen
einer Kippstufe, z. B, A, in die Anfangslage die nächste Kippstufe B in die Arbeitslage
gebracht wird, gewährleistet, daß stets nur eine Kippstufe sich in der Arbeitslage
befindet. Hiermit ist sichergestellt, daß Fehlbelegungen, z. B: in Form von Doppelbelegungen,
ausgeschlossen, sind.
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In Fig. 2 sind mehrere Kippstufen parallel an Betriebsspannung geschaltet.
Jede Kippstufe besitzt wie
die Kippstufen A und
B in Fig. 1 einen Schalter zur Umschaltung der Kippstufe von monostabiler
auf bistabile Betriebsweise. An sich ist es gleichgültig, in welcher Art die Umschaltung
von monostabiler auf bistabile Betriebsweise einer Kippstufe erfolgt. Der Schalter
kann durchaus in anderer Weise angeordnet werden. In Fig. 2 sind die Kippstufen
mit AN
und A bis E bezeichnet. Der Kollektor eines Transistors einer Kippstufe,
z. B. der Kippstufe A, ist über einen Kondensator, z. B. Ck2, mit der Basis eines
entsprechenden Transistors, beispielsweise des Transistors Tc in Fig. 1, einer nachfolgenden
Kippstufe, z. B. B, verbunden. Durch eine derartige Anordnung der Kippstufen erhält
man eine Kettenschaltung, die sich wie ein Sucher in der Freiwahl verhält. Die Anlassung
der Kette erfolgt durch Herbeiführen des Umkippens der Kippstufe AN, indem
der im Ruhezustand leitende Transistor Tn gesperrt und der Transistor Tm geöffnet
wird. Da in der KippstufeAN im Ruhezustand der Schalter geöffnet ist, verhält sich
die Kippstufe AN monostabil. Von der KippstufeAN wird somit von Stufe zu
Stufe ein positiver Spannungsimpuls weitergereicht, und dort, wo der Schalter der
Kippstufe im Ruhezustand ist, wird ein Relais im Kollektorstromkreis des rechten
Stufentransistors wirksam und eine weitere Fortschaltung der Kette verhindert, bis
ein bestimmter Schaltvorgang ausgelöst ist. Dieser Schaltvorgang besteht beispielsweise
in dem Verbinden einer Kippstufe zugeordneten Einrichtung mit einem zentralen Glied.
Die Anlaßstufe AN ist also mit der Anlassung in den monostabilen Betriebszustand
geschaltet und bleibt in nicht dargestellter Weise durch die offene Stellung des
der AN-Stufe zugeordneten Schalters so lange monostabil, wie Anforderungen bestehen.
Die Anforderungen erfolgen von den Einrichtungen, die beispielsweise mit einer zentralen
Einrichtung verbunden werden müssen. Stehen mehrere Anforderungen an, so wird die
Kette gegebenenfalls mehrere Male in selbsttätiger Steuerung (ohne Impulsgenerator)
umlaufen. Das zuletzt eingeschaltete Relais einer Kippstufe schaltet die Anlassung
ab, d. h. schaltet die Anlaßstufe AN durch Schließen des Schalters in der
bistabilen Betriebsweise. Bei der AN-Stufe endet in dem Falle zwangläufig der Umlauf
der Kette. Der Ruhezustand ist erreicht, wenn der rechte Transistor Tn der AN-Stufe
geöffnet ist.
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In der Fig. 2 sind durch die eingezeichnete Schraffierung die in der
Ruhezeit gesperrten Transistoren der verschiedenen Kippstufen gezeigt. Die jeweils
dazugehörenden nicht schraffierten Kästchen deuten also die geöffneten Transistoren
der entsprechenden Kippstufen an. Diese Darstellungsweise zeigt also die Anfangslage
aller Kippstufen.
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Es unterscheidet sich in jedem Zeitpunkt stets nur eine Stufe der
dargestellten Stufen AN und A bis E in der Schaltlage, deshalb sind
jeweils alle rechten und linken Transistoren der Kippstufen AN und
A
bis E an getrennte Ernitterwiderstände (vgl. Schaltpunkte 9, 11, 12, 14
in Fig. 2) geschaltet, um mit Rücksicht auf minimalen Leistungsbedarf die Stufen
unsymmetrisch aufbauen zu können. Mit dem gemeinsamen VorwiderstandR 8 im Kollektorstromkreis
der linken Transistoren läßt sich die Kollektorspannung auf günstige Werte herabsetzen.
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Es sei nunmehr angenommen, daß eine Einrichtung der Stufe C zugeordnet
ist und mit einer zentralen Einrichtung verbunden werden soll oder auch beispielsweise
drei Zählimpulse gegeben werden sollen, d. h., es sei angenommen, daß das X-Relais
der Stufe C eingeschaltet werden soll, um einen entsprechenden Schaltzustand zu
kennzeichnen: Die Anordnung der genannten Einrichtung wird durch die Abgabe eines
positiven Stromstoßes auf die Basis des Transistors Tn der Kippstufe AN eingeleitet.
Der Aufbau der AN-Stufe stimmt mit dem Aufbau der A-Stufe nach der Fig. 1 überein.
Die Stufe AN
in Fig. 2 besteht aus einer an sich bistabilen Kippstufe aus
zwei Transistoren Tn und Tm, beispielsweise mit Rückkopplungsschaltung. Der positive
Stromstoß auf der Basis des Transistors Tiz kommt beispielsweise durch öffnen des
Schalters in der AN-Stufe zustande. Hierdurch wird die Stufe AN
zum Kippen
gebracht. Der Transistor Tm ist offen und der Transistor Tiz gesperrt (monostabile
Betriebsweise). Durch das öffnen des Transistors Tm wird der Kondensator Ck
1 umgeladen. Durch diesen Entladestrom wird in der A-Stufe die Spannung an
der Basis des offenen Transistors Ta unter die Emitterspannung gedrückt und somit
der Kollektorstrom des Transistors Ta gesperrt. Dem Sperren des Transistors Ta folgt
zwangläufig das öffnen des Transistors Tb, da aber der Schalter dieser Kippstufe
A geöffnet ist, wird die Kippstufe sofort wieder in die Anfangslage zurückgekippt
und somit das Umkippen der Kippstufe B durch Umladen des Kondensators Ck2 bewirkt.
Da aber in der Kippstufe B der Schalter geöffnet ist, wird auch die Kippstufe B
in die Anfangslage zurückgegeben, und damit wird der Kondensator Ck 3 umgeladen,
so daß ein positiver Stromstoß auf die Basis des Transistors Te der Kippstufe C
gegeben wird. Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, wird der Transistor Te gesperrt
und der Transistor T f der Kippstufe C geöffnet. Es ist nun aber der Schalter
der Kippstufe C in der Ruhelage, d. h. geschlossen. Für die Kippstufe C wird also
eine bistabile Betriebsweise herbeigeführt. Das Relais im Kollektorstromkreis wird
eingeschaltet. Durch dieses Relais wird beispielsweise die Verbindung der betreffenden
Einrichtung, der die Kippstufe C zugeordnet ist, mit einer zentralen Einrichtung
herbeigeführt. Nach Beendigung dieser Schaltvorgänge wird der Schalter der Kippstufe
C geöffnet. Die Kette wird entsprechend den vorstehend beschriebenen Schaltvorgängen
durch die monostabile Betriebsweise der betreffenden Kippstufen bis zur Stufe
AN weitergeschaltet. Als letzte Stufe wird in der AN-Stufe der Transistor
Tn geöffnet und bleibt in dieser Lage, da der Schalter dieser Stufe in der Ruhelage
bleibt (bistabile Betriebsweise) bis zur nächsten Anlassung in diesem Zustand.
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Sollte beispielsweise die Stufe B noch vor Beendigung des Umlaufes
der »Kette« die Anschaltung an einer zentralen Einrichtung anfordern, so bleibt
durch dessen Anlassung der Schalter derAN-Stufe geöffnet, so daß die AN-Stufe mit
Hilfe der monostabilen Betriebsweise überlaufen werden kann.
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Koppelt man in der beschriebenen Prüfkette die Kollektoren aller linken
Transistoren jeweils über eine Diode und nach Art eines Oder-Gatters an einem hochohmigen
Spannungsteiler, so wird beim Durchlaufen der Kette am Teiler eine Impulsfolge auftreten,
deren einzelne Elemente von den jeweils gekippten Stufen stammen. Stoppt z. B. nach
der Anlassung in der AN-Stufe die Stufe C die Weiterschaltung, so sind entsprechend
der Stellung innerhalb
der Kette am gemeinsamen Spannungsteiler
drei Impulse abgelaufen. Durch derartige Impulsfolgen läßt sich die Stellung in
die Glieder der Kette identifizieren.