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Bistabile Kippschaltung Gegenstand der Erfindung ist eine bistabile
transistorisierte Kippschaltung, bei der den beiden Transistoren zur Vermeidung
von Fehlkommandos bei Netzspannungswiederkehr je eine Wicklung eines Transformators
zugeordnet und ein Zweig der Kippschaltung unsymmetrisch ausgebildet ist.
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Es sind bereits Anordnungen mit bistabilen Halbleiter-Kippschaltung
bekanntgeworden, die als Gedächtniselemente in Steuer- und Regelanlagen zur Vermeidung
von Fehlkommandos nach Netzspannungsausfällen vorgesehen sind. Bei diesen sind die
beiden Arbeitsstromzweige der Kippschaltung durch einen sättigbaren Transformator
mit gegensinniger Wicklungspolung gekoppelt, der auf Grund der Hysterese eine der
jeweiligen Ruhelage entsprechende Unsymmetrie bei Netzspannungsausfällen aufrechterhält
und nach Spannungswiederkehr den ursprünglichen Betriebszustand herbeiführen soll.
Durch derartige Anordnungen wird jedoch bei Spannungswiederkehr lediglich ein Ansteuern
der Kippschaltung entsprechend dem ursprünglichen Betriebszustand bewirkt. Ein sicheres
Erreichen des ursprünglichen Betriebszustandes ist aber nicht gewährleistet, da
durch den Stromanstieg in der durch die Unsymmetrie bevorzugten Wicklung des Transformators
eine Spannung in der jeweiligen anderen Wicklung induziert und damit der mit dieser
Wicklung verbundene Transistor unerwünschterweise angesteuert wird, sofern der Wicklungssinn
entsprechend gepolt ist. Mit Rücksicht auf die gegensinnige Wicklungspolung des
sättigbaren Transformators ist dies für einen der beiden Transformatoren der Kippschaltung
erfüllt. - Das durch induzierte Spannungen bedingte unerwünschte Ansteuern eines
Transistors der Kippschaltung läßt sich durch eine unterschiedliche Windungszahl
für die in den einzelnen Zweigen der Kippschaltung eingeschleiften Wicklungen des
Transformators vermindern. Dies bedingt jedoch ebenfalls eine Unsymmetrie in der
Schaltungsauslegung, die ihrerseits wieder zu einer unerwünschten bevorzugten Ansteuerung
bei Spannungswiederkehr führt.
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Es sind ferner bistabile Multivibratoren bekanntgeworden, bei denen
durch eine entsprechend unsymmetrische Auslegung bei Einschalten der Arbeits-Spannung
ein definierter Schaltzustand erreicht wird. Ein Schaltzustand entsprechend dem
ursprünglichen Arbeitszustand des Multivibrators läßt sich jedoch damit nicht erreichen.
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Die vorstehend erwähnten Anordnungen arbeiten zwar in einem verhältnismäßig
großen Bereich der Speisespannung und sind unempfindlich gegen wesentliche Temperaturänderungen,
gegen Stöße und mechanische Schwingungen sowie gegen elektromagnetische Störimpulse,
die durch das Arbeiten der die bistabile Kippschaltung enthaltenden Gesamtanordnung
oder durch Induktion von anderen elektrischen Installationen entstehen. Die bisher
bekannten Einrichtungen oder Anordnungen mit Gedächtniselementen sind jedoch empfindlich
gegen das langsame Abklingen der Speisespannung sowie gegen ein rasches Ansteigen
der wiederkehrenden Spannung.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil bei einer bistabilen transistorisierten
Kippschaltung zu vermeiden, bei der den beiden Transistoren zur Vermeidung von Fehlkommandos
bei Netzspannungswiederkehr je eine Wicklung eines Transformators zugeordnet und
ein Zweig der Kippschaltung unsymmetrisch ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird
dies dadurch erreicht, daß parallel zur Kippschaltung ein Kondensator und ein dazu
parallel liegender Widerstand angeordnet und über einen weiteren Widerstand mit
einem Pol der Netzspannung verbunden ist.
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Der parallelliegende Widerstand von verhältnismäßig kleinem Wert bewirkt
bei einem Ausfall der Netzspannung eine rasche Entladung. Die Zeitkonstante des
aus dem Reihenwiderstand und dem Kondensator bestehenden Kreises stellt bei Wiederkehr
der Netzspannung ein verhältnismäßig langsames Ansteigen des Potentials an den Klemmen
der Kippschaltung sicher.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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Die beiden eine Kippschaltung und somit die Speicherelemente bildenden
Transistoren 1 und 2 enthalten in ihren Kollektorkreisen Widerstände 3 und
4. Die Basis des Transistors 1 ist mit dem Kollektor des Transistors
2 über eine aus einer Diode 5
und einem Widerstand 6 bestehenden
und derart ausgelegten Widerstandskombination gekoppelt, daß bei Fehlen des Zweiwicklungstransformators
7 (d. h. bei unmittelbarem Anschluß der Emitter der Transistoren 1 und
2 an Erde) der Transistor 1 bei Spannungswiederkehr stets bevorzugt angesteuert
und damit in den leitenden Zustand gebracht würde. Diese Bevorzugung in der Ansteuerung
ergibt ein definiertes Abfragen des Magnetisierungszustandes des Kernes 7 des Transformators.
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Die Basis des Transistors 2 ist über den Widerstand
8 mit dem Kollektor des Transistors 1 gekoppelt. Die Basen der Transistoren
1 und 2 erhalten über die Widerstände 10 und 11 eine von einer Gleichstromquelle
9 abgeleitete Vorspannung. Die von einer Gleichstromquelle 12 gelieferte
Speisespannung ist gemäß der Erfindung unter Zwischenschaltung eines aus den Widerständen
14, 15 und der Kapazität 16 bestehenden Verzögerungskreises 13 angeschlossen.
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Die Steuerimpulse gelangen über die Widerstände 17 und 18 an die Basen
der Transistoren 1 bzw. 2. Der Kern 7 besteht aus magnetischem Material mit einer
rechteckigen Hystereseschleife und trägt zwei Wicklungen 19 und
20; die Anzahl der Windungen der Wicklung 19 ist bedeutend größer
als die der Wicklung 20. 21 ist der Ausgang der Anordnung.
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An Hand der die Hystereseschleife des Kern 7 darstellenden F i g.
2 sei die Wirkungsweise der Anordnung beschrieben.
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Wenn vor dem Ausfall der Netzspannung der Transistor 1 leitend war,
befindet sich der Kern 7 infolge des durch die Wicklung 19 erzeugten Feldes Hl im
Sättigungspunkt a, und die magnetische Induktion hat den Wert Ba. Bei Ausfall der
Netzspannung verschwindet der Strom il in der Wicklung 19 und mit ihm das Feld Hl.
Die Induktion geht infolgedessen von Ba nach Bb zurück, und der Arbeitspunkt der
Kurve liegt bei b.
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Wenn die Spannung zurückkehrt, wird infolge der Bauteile 5 und
6 der Transistor 1 zuerst leitend, und die magnetische Induktion gelangt
wieder zu dem Punkt a zurück. Wegen der sehr kleinen Änderung der Induktion beim
Übergang von b nach a wird im allgemeinen keine wesentliche Spannung
in der nur wenige Windungen besitzenden Wicklung 20 induziert, und der Transistor
2 kann nicht leitend werden.
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Sollte jedoch aus irgendeinem Grunde, beispielsweise durch einen Störimpuls,
der Transistor 2 angesteuert werden und sich infolgedessen die Induktion in Richtung
von b nach c ändern, würde dies einen kleinen Strom i, in der Wicklung 20 hervorrufen.
Die Induktionsänderung erzeugt nun aber in der Wicklung 19 eine Spannung,
durch die wegen des Windungsverhältnisses der Spulen 19 und 20 einerseits und des
großen Wertes des Verhältnisses d H, andererseits der Transistor 1 aufgesteuert
wird.
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Nimmt man an, daß vor dem Ausfall der Netzspannung der Transistor
2 leitend war, so befindet sich der Kern 7 infolge des durch die Wicklung
20
hervorgerufenen Feldes H2 im Sättigungspunkt c, und die magnetische Induktion
hat den Wert B, Bei Ausfall der Netzspannung verschwindet das Feld H2, die magnetische
Induktion geht von B, nach Bd, und der Arbeitspunkt befindet sich bei d.
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Wenn die Spannung wiederkehrt, wird infolge der Bauteile 5 und 6 der
Transistor 1 bevorzugt leitend, der Strom il beginnt anzuwachsen, und der Arbeitspunkt
versucht sich von d nach a zu verlagern. Dadurch wird jedoch eine
bedeutende Induktionsänderung dB hervorgerufen, welche an den Klemmen der Wicklung
19 und 20 derartige Spannungen erzeugt, daß hierdurch die Ansteuerung des Transistors
2 bevorzugt und die des Transistors 1 benachteiligt wird.
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Die insoweit ohne Bezugnahme auf den Kreis 13 beschriebene Anordnung
stellt eine elektromagnetische Gedächtnisschaltung dar, bei der durch die Bevorzugung
der Ansteuerung des von den Transistoren 1, 2 gebildeten Speicherelementes ein definiertes
Abfragen des Magnetisierungszustandes des Kernes 7 und damit eine Rückkehr in den
ursprünglichen Betriebszustand im allgemeinen gewährleistet ist. Es gibt aber Fälle,
in denen die Schaltung nicht richtig arbeiten könnte.
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Klingt nämlich die wegbleibende Speisespannung langsam ab, erhält
man bei Wiederkehr der Spannung eine grundsätzliche Bevorzugung, d. h. ein Leitendwerden
des Transistors 1. Andererseits bringt ein schnelles Wiederansteigen der Spannung
eine grundsätzliche Bevorzugung des Transistors. 2. Dies ergibt sich aus
der oben beschriebenen Wirkungsweise wie folgt: Die Verschiedenheit der Widerstände
5, 6 bzw. 8 bewirkt zwar das gewünschte bevorzugte Ansteuern des Transistors 1.
Bei langsamem Wegbleiben der Speisespannung wird jedoch dadurch für den Transistor
2 eher als für den Transistor 1 die Steuerspannung erreicht, bei der dieser sperrt.
Bei leitendem Transistor 2 führt dies zu einem Sperren desselben und zu einer Ansteuerung
des Transistors 1, wobei der Kern 7 ummagnetisiert wird, sofern die Ummagnetisierungszeit
kleiner als die Zeit ist, nach der dann infolge weiteren Abklingens der Speisespannung
der Transistor 1 wieder sperrt. - Dadurch ergibt sich die erwähnte Bevorzugung des
Transistors l bei Wiederkehr der Spannung.
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Die Bevorzugung des Transistors 2 durch ein schnelles Wiederansteigen
der Spannung ist eine Folge davon, daß bei jeder Zunahme von B und damit auch bei
einer Veränderung von Bb nach B" eine Spannung induziert wird, die auf den Transistor
2 aufsteuernd wirkt. Bei einem schnellen Wiederansteigen der Speisespannung kann
diese induzierte Spannung entsprechend hohe Werte erreichen und damit ein unerwünchtes
Ansteuern des Transistors 2 bewirken.
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Um die vorstehend dargelegten Nachteile zu beseitigen, sieht die Erfindung
den aus einer Kapazität 16 und den Widerständen 14 und 15 bestehenden zusätzlichen
vorgeschalteten Kreis vor. Durch die Zeitkonstante der aus dem Widerstand 15 und
der Kapazität 16 gebildeten RC-Schaltung ist im Augenblick der Wiederkehr
der Spannung ein genügend langsames Ansteigen derselben an dem Anschlußpunkt der
Kippschaltung sichergestellt. Andererseits wird im Augenblick des Ausfallens der
Netzspannung durch den verhältnismäßig kleinen, mit Erde
verbundenen
Widerstand 14 bewirkt, daß die am Anschlußpunkt der Kippschaltung anliegende
Spannung sich trotz des Widerstandes 15 schnell entlädt, womit ein genügend
rasches Verschwinden der Speisespannung sichergestellt ist. - Die beschriebene Anordnung
hat in einem Temperaturbereich von -10 bis 60° C unter schweren Abschalt- und Wiedereinschaltbedingungen,
verbunden mit vielen Fehlereinflüssen, wie sie beispielsweise durch Abschaltlichtbögen
hervorgerufen werden, einwandfrei gearbeitet.