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Monostabile Kippschaltung mit sehr großem Arbeitslage-Ruhelage-Verhältnis
Die Erfindung bezieht sich auf eine monostabile Kippschaltung.
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Eine monostabile Kippschaltung ist bekanntlich so aufgebaut, daß sie
bei Anlegen eines bestimmten Steuerkriteriums von einer Ruhelage aus in eine Arbeitslage
kippt und nach Ablauf einer bestimmten Zeit, der Kippzeit, selbsttätig wieder in
die Ruhelage zurückkippt. Als zeitbestimmendes Glied wird hierbei ein Kondensator
verwendet, der beim Kippen in die Arbeitslage mit einer bestimmten Zeitkonstante
entladen wird und der beim Erreichen eines bestimmten Ladezustandes das Zurückkippen
in die Ruhelage veranlaßt. Damit die monostabile Kippschaltung erneut auslösbar
ist, ist es erforderlich, daß der Kondensator in seinen Ausgangsladezustand gebracht
wird.
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In vielen Fällen ist es erforderlich, diese Rückladezeit des Kondensators
sehr klein zu halten, beispielsweise wenn ein sehr großes Verhältnis von Arbeitslage
zu Ruhelage gefordert wird (wie es z. B. bei einem Eingangsschalter für Start-Stop-Generatoren
der Fall ist).
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Es ist bereits eine Schaltung mit vier Elektronenröhren bekannt, die
diese Eigenschaft besitzt. Bei dieser Schaltung ist neben diesem hohen Schaltangsaufwand
in der Ruhelage eine hohe Leistung erforderlich, da die eine Röhre in der Ruhelage
stark leitend ist.
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Weiterhin ist eine Schaltung bekannt, bei der drei Transistoren vorgesehen
sind. Der die Kippzeit bestimmende Kippkondensator dieser Schaltung wird beim Zurückkippen
der Schaltung in der Ausgangslage über einen Transistor; der parallel zu dem Arbeitswiderstand
des im Arbeitszustand leitenden Transistors liegt, auf eine definierte Spannung
aufgeladen. Die Steuerung dieses Transistors erfolgt differentiell über einen Kondensator,
und die Zeit der Durchlässigsteuerung dieses Transistors ist durch eine RC-Zeitkonstante
bestimmt. Damit der Kippkondensator auf eine definierte Spannung aufgeladen bzw.
umgeladen werden kann, maß diese Zeitkonstante einen genau vorgegebenen Wert aufweisen.
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Bei der monostabilen Kippschaltung gemäß der Erfindung werden die
Nachteile der bekannten Schaltungen vermieden. Sie besteht ebenfalls aus wechselweise
leitenden elektronischen Schaltstrecken und einem Kippzeit bestimmenden Kippkondensator,
der beim Zurückkippen der monostabilen Kippschaltung in die Ruhelage über eine weitere
elektronische Schaltstrecke, die parallel- zu dem hochohmigen Arbeitswiderstand
der im Arbeitszustand leitenden Schaltstrecke liegt, niederohmig auf eine bestimmte
Spannung aufgeladen wird. Gemäß der Erfindung wird diese weitere Schaltstrecke beim
Zurückkippen der monostabilen Kippschaltung in die Ruhelage durch die Differenzspannung
zwischen der Spannung am Kippkondensator und einer Bezugsspannung so lange durchlässig
gesteuert und dadurch ein hoher Stromfluß über den Kippkondensator ermöglicht, bis
diese Schaltstrecke beim Erreichen einer definierten Spannung am Kippkondensator
selbsttätig gesperrt wird. Die Steuerung erfolgt also im Gegensatz zu der einen
bekannten Schaltung gleichstrommäßig- Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer
sehr genauen Festlegung der Spannung im Kippkondensator.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung werden
als elektronische Schaltstrecken Transistoren verwendet. Hierbei ist es vorteilhaft,
parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des im Ruhezustand leitenden Transistors und
gegebenenfalls einem strombegrenzenden Widerstand einen ersten richtungsabhängigen
Widerstand einzuschalten, der beim Zurückkippen der monostabilen Kippschaltung in
die Ruhelage den kurzzeitig hohen Ladestrom des Kippkondensators übernimmt und so
.die Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors vor überlastung schützt.
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Das Emitterpotential für den weiteren Transistor kann vorteilhaft
über einen aus Widerständen und Richtleitern bestehenden Spannungsteiler zugeführt
werden. Ebenso kann das Basispotential für diesen
Transistor über
einen Spannungsteiler zugeführt werden, dessen einer Widerstand durch den im Arbeitszustand
leitenden Transistor kurzgeschlossen wird.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert,
die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel mit pnp-Transistoren gemäß der Erfindung
zeigt. Die Wirkungsweise ist folgende: Im Ruhezustand- der Schaltungsanordnung ist
der Transistor T 1 geöffnet und sind die Transistoren T 2
und T3 gesperrt.
Vom positiven Pol (-f-) einer nicht dargestellten Spannungsquelle fließt ein Steuerstrom
über den Widerstand R 9, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T 1 und den Widerstand
R 2 und gegen Erde. Hierdurch wird der Transistor T1 leitend. Der Transistor T2
ist durch den aus den Widerständen R10 und R 6 gebildeten Spannungsteiler gesperrt.
Ein weiterer Strom fließt über die Widerstände R 9, R 8, die Diode D 2 und den Widerstand
R 3. Durch den Spannungsabfall an der Diode D 2 ist auch der Transistor
T 3 gesperrt. Die linke Seite des Kippkondensators C 2 befindet sich annähernd
auf dem Emitterpotential des Transistors T1, während das Potential auf der rechten
Seite des Kippkondensators C2. durch den Spannungsteiler aus R 8, D
2 und R 3 bestimmt ist.
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Wird über die Steuerleitung SL und den Kondensator C3 ein negativer
Impuls der Basis des Transistors T2 zugeführt, so wird dieser Transistor geöffnet,
und das Potential an der rechten Seite des Kippkondensators C 2 steigt sprunghaft
an. Die am Kippkondensator C2 liegende Spannung wird zu dieser Spannung addiert,
so daß die Diode D 1 gesperrt wird. Da auch die Spannung am Verbindungspunkt zwischen
R 2 und R 7 ansteigt, wird der Steuerstrom durch den Transistor T 1 unterbrochen
und dieser Transistor gesperrt. Dadurch sinkt das Potential an R 1 ab, und es fließt
ein Steuerstrom durch die Emitter-Basis-Strecke von T 2 über R
9, T2, R6, R l,
so daß T2 leitend wird. Der Kippkondensator C2 entlädt
sich jetzt langsam über die Widerstände R 7 und R2. Nach einer bestimmten, durch
die Zeitkonstante des Entladungskreises bestimmten Zeit wird somit die Basis des
Transistors T1 wieder negativer als dessen Emitter. Zu diesem Zeitpunkt wird der
Transistor T 1 wieder leitend und sperrt den Transistor T2. Der Kollektor des Transistors
T 2 und damit die Basis des Transistors T3 wird durch den aus den Widerständen
R 8 und R 5 gebildeten Spannungsteiler auf ein definiertes Potential gelegt. Der
Emitter des Transistors T3 bleibt jedoch durch die Ladung des Kippkondensators C
2 zunächst auf dem vorherigen Potential. Die Diode D 2 wird also gesperrt. Dadurch
kann durch die nunmehr wieder entsperrte Diode Dl, den Kippkondensator
C2, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T3 und den Widerstand R 5 ein
Steuerstrom durch den Transistor T3 fließen, der diesen öffnet. Nunmehr kann der
Kippkondensator C2 über den niederohmigen Widerstand R 9, die durchlässige Diode
D 1, den leitenden Transistor T 3 und den niederohmigen Strombegrenzungswiderstand
R 4 schnell aufgeladen werden. Die Diode D 1 übernimmt im wesentlichen den hohen
Ladestrom des Kippkondensators, so daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors
T1 durch den vorgeschalteten strombegrenzenden Widerstand R7 vor Überlastung geschützt
wird. Infolge des exponentiellen Stromverlaufs fällt die Spannung am Emitter des
Transistors T3 ab. Bei Unterschreiten der an der Basis des Transistors T3 und damit
am Kollektor des Transistors T2 herrschenden Spannung wird die Diode D 2
wieder durchlässig und der Transistor T 3
wieder gesperrt. Der niederohmige
Ladekreis für den Kippkondensator C 2 ist damit unterbrochen.
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Durch die Verwendung eines eigenen niederohmigen Ladekreises zur Aufladung
des Kippkondensators C 2 wird also in zuverlässiger Weise erreicht, daß der Kippkondensator
C2 sehr schnell auf eine definierte Ausgangsspannung aufgeladen wird. Daraus ergibt
sich ein sehr großes Verhältnis von Arbeitslage zur Ruhelage bei der erfindungsgemäßen
monostabilen Kippschaltung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Schaltung
mit Ausnahme des Kollektorkreises von T3 hochohmig ausgeführt werden kann und somit
die Transistoren T 1 und T 3 nur gering belastet werden. Der Transistor T3 führt
nur impulsweise einen hohen Strom.
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Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo ein solches extrem großes
Verhältnis von Arbeitslage zur Ruhelage einer monostabilen Kippschaltung gefordert
wird. Dies ist beispielsweise bei einem Eingangsschalter für einen Entzerrer für
Start-Stop-Telegrafiezeichen der Fall.
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Selbstverständlich ist es, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,
möglich, die verwendeten pnp-Transistoren ganz oder teilweise durch n-p-n-Transistoren
zu ersetzen.