DE1138099B - Anordnung mit saettigbaren, magnetischen Bauelementen an bistabilen Kippschaltungen - Google Patents

Description

Zur Speicherung von Steuerbefehlen bedient man sich sogenannter Speicherelemente, beispielsweise einer bistabilen Halbleiter-Kippschaltung. Diese bistabile Kippschaltung wird durch einen kurzzeitigen Steuerbefehl gekippt und gibt dann während beliebig langer Zeit am Ausgang ein entsprechendes Signal ab.

Bei derartigen Kippschaltungen können nach Ausfall der Versorgungsspannungen Störerscheinungen dadurch auftreten, daß nach Spannungswiederkehr die Schaltung in einer falschen Arbeitslage verbleibt. Der nach Spannungswiederkehr eingenommene Zustand wird durch bereits geringfügige Schaltungsunsymmetrien bedingt. Diese Schaltungsunsymmetrie kann beispielsweise auch von der Umgebungstemperatur abhängig sein. Eine Kippschaltung, die durch einen Steuerbefehl eine bestimmte Arbeitslage eingenommen hat, kann somit nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach einem Spannungsausfall in unkontrollierbarer Weise entweder die ursprüngliche oder auch eine andere Arbeitslage erhalten. Insbesondere beim Einsatz solcher Speicherelemente in industriellen Steuerungen bzw. datenverarbeitenden Maschinen müssen die Speicherelemente so ausgebildet werden, daß sie jeweils die Lage, die sie vor dem Ausfall der Versorgungsspannungen innehatten, in Erinnerung behalten und sie auch wieder einnehmen, wenn die Versorgungsspannungen wieder eingeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die beiden Arbeitsstromzweige der Kippschaltung durch einen sättigbaren Transformator mit gegensinniger Wicklungspolung gekoppelt sind. Durch diesen Transformator wird bezüglich der Kollektorströme in beiden Kreisen eine Unsymmetrie zugunsten des vor Spannungsausfall zuletzt stromführenden Kreises erzielt. Es hat sich gezeigt, daß bei einer aus Halbleiterelementen aufgebauten bistabilen Kippschaltung nach Wiederkehr der Versorgungsspannungen beide Elemente im ersten Moment Strom ziehen. Erst nach einer bestimmten Zeit kippt die Schaltung in die eine oder die andere Lage. Durch die induktive Kopplung der auf den Transformator entgegengesetzt einwirkenden Kollektorkreise ist jedoch bezüglich des Magnetisierungszustandes des Transformators zwischen beiden entgegenwirkenden Kollektorströmen eine unmittelbare beiderseitige Abhängigkeit im unerwünschten Sinne vorhanden, die häufig zu Fehlschaltungen Anlaß gibt. Der Einfluß des Kollektorstromes in einem Zweig auf den Magnetisierungszustand des magnetischen Bauelementes wirkt dem

Anordnung mit sättigbaren, magnetischen Bauelementen an bistabilen Kippschaltungen

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. FeKx Lentze, Darmstadt,

und Dipl.-Ing. Tronje v. Briesen, Frankfurt/M.,

sind als Erfinder genannt worden

Einfluß des Kollektorstromes in dem anderen Zweig unmittelbar entgegen. Geringfügige Schaltungsunsymmetrien bzw. unausgesuchtes Kernmaterial können deshalb bewirken, daß die wiederkehrende Spannung die Kippschaltung in die unerwünschte Lage zwingt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Schaltung. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß den beiden Schaltelementen der Kippstufe je ein sättigbarer Magnetkern mit je zwei Wicklungen zugeordnet ist, dessen eine Wicklung (Arbeitsstromwicklung) jeweils in dem Arbeitsstromkreis des zugeordneten Schaltelementes liegt und dessen andere Wicklung (Hilfsstromwicklung) jeweils dann von einem gegenüber dem im Öffnungszustand durch die Arbeitsstromwicklung des betreffenden Kernes fließenden Arbeitsstrom entgegengesetzt magnetisierenden Hilfsstrom durchflossen wird, wenn das zugeordnete Schaltelement gesperrt ist.

Im Normallfall wird der dem geöffneten Schaltelement zugeordnete Magnetkern somit von dessen Arbeitsstrom, der Kern des anderen geschlossenen Schaltelementes von einem gegenüber dem im Öffnungszustand fließenden Arbeitsstrom entgegengesetzt magnetisierenden Hilfsstrom durchflossen. Kommt nach einem Ausfall der Versorgungsspannung diese wieder, so finden die Arbeitsströme der Schaltelemente eine stark unsymmetrische Schaltung in zwei verschiedenen Kernen zugunsten des vor Ausfall Strom führenden Schaltelementes vor, weil der diesem Schaltelement zugeordnete Magnetkern dem betreffenden Arbeitsstrom keinen nennenswerten

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Widerstand bietet, während der dem vor Spannungsausfall geschlossenen Schaltelement zugeordnete Magnetkern durch den Arbeitsstrom ummagnetisiert werden müßte. Durch die Aufteilung in zwei Magnetkerne findet jedoch keine unmittelbare entgegenwirkende gegenseitige Beeinflussung der beiden Kollektorströme wie bei der bekannten Schaltung statt. Im Anlaufvorgang werden die Kerne unabhängig voneinander beeinflußt. Die Aufteilung gibt

Zusätzlich zu dieser bekannten bistabilen Kippschaltung sieht die Erfindung einmal für jeden Transistor TrI, Tr 2 einen sättigbaren Magnetkern RiI, RH, der beispielsweise als Ringkern ausgebildet sein kann, zum anderen zwei Hilfsstromkreise vor. Jeder Magnetkern besitzt in diesem Ausführungsbeispiel zwei gleichsinnige Wicklungen Wl, W 2, wobei die Wicklung Wl jeweils in dem Kollektorkreis (Arbeitsstromkreis) der Transistoren und die Wicklung W 2

für jeden Kollektorstrom den Weg klar vor. Der dem io jeweils in den Hilfsstromkreis gelegt ist. Zweckmäßig

zuletzt stromführenden Kreis zugeordnete Kern ist wird man die Windungszahl der Wicklung Wl größer immer schneller in der Sättigung als der andere Kern
im ummagnetisierten Zustand. Schaltungsunsymme-

trien haben damit in vorteilhafter Weise innerhalb

als die Windungszahl der Wicklung W 2 machen. Der Hilfsstrom i_H2 für den dem Transistor Tr 2 zugeordneten Magnetkern Ri 2 wird vor dem Widerstand R 2

relativ weiter Grenzen keinen Einfluß auf die Funk- 15 vom Kollektorstrom des anderen Transistors TrI ab-

tionstüchtigkeit der Schaltung. Während des Umkippens in die vorgehende Lage findet in vorteilhafter Weise eine zusätzliche mittelbare Beeinflussung der beiden Kollektorströme im unterstützenden Sinne

gezweigt und durchfließt die Wicklung W 2 des Kernes Ri 2 sowie einen Gleichrichter Gr 2 und einen Widerstand Rl. Der Hilfsstrom für den dem Transistor TrI zugeordneten MagnetkernRiI wird entsprechend vor

statt, da das zumindest teilweise Durchlaufen des 20 dem Widerstand R 3 von dem Kollektorstrom des an

dern vor Spannungsausfall gesperrten Schaltelement zugeordneten Magnetkernes die Induktion einer Spannung zur Folge hat, die sich derart auf das vorher geöffnete Schaltelement überträgt, daß dies noch

deren Transistors Tr 2 abgezweigt und durchfließt die Wicklung W2 des Kernes RiI und einen Gleichrichter GrI sowie ebenfalls den Widerstand R1. Der Hilfsstrom i_H 2 kann somit nur dann fließen, wenn

gleichsinnigen Wicklungen jeweils entgegengesetzt dem durch die Wicklungen Wl fließenden Kollektorstrom.

Die Wicklungen können auf den Kern auch gegensinnig angebracht sein. Für diesen Fall ist die Stromrichtung zu ändern. Wesentlich ist, daß für jeden Kern der Hilfsstrom den betreffenden Kern in einer anderen Richtung magnetisiert wie der zugeordnete

Kemmaterial vorgesehen ist.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung wird die Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die beiden Halbleiterschaltelemente TrI, Tr 2 der bistabilen Kippstufe, für die in diesem Ausführungsbeispiel Transistoren vorgesehen sind. Die bistabile Kippstufe ist weiterhin in bekannter

weiter zum Öffnen gezwungen wird, wodurch anderer- 25 der Transistor TrI leitet, d.h. aber der Transistor seits bedingt durch die Funktionsweise der eigent- Tr 2 sperrt. Die Polarität der Hilfsströme ist bei liehen bistabilen Kippschaltung das andere, d. h. vor
Ausfall der Versorgungsspannungen, geschlossene
Schaltelement zusätzlich im sperrenden Sinne beeinflußt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung 30
hat man somit den Vorteil, daß die bistabile Kippschaltung nach einem Ausfall der Versorgungsspannungen und nach Wiederkehr derselben mit Sicherheit auch dann dieselbe Lage einnimt, die sie vor
Ausfall der Spannungen innehatte, wenn Schaltungs- 35 Arbeitsstrom.

unsymmetrien vorhanden sind bzw. kein ausgesuchtes Die Abnahme des Hilfsstromes für einen Kern von

dem Kollektorstrom des dem anderen Kern zugeordneten Schaltelementes ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich kann man eine Gleichstromquelle im Arbeitsrhythmus der Kippschaltung so steuern, daß z. B. der Hilfsstrom i_n2 für den Kern Ri 2 nur fließt, wenn der Transistor Tr2 gesperrt, d.h. TransistorTrI geöffnet ist. Entsprechendes gilt für den Hilfsstrom i_H 1. Durch die Gleichrichter GrI

Weise mit zwei Eingängen El und E2 und galva- 45 und Gr2 erreicht man, daß der Hilfsstrom nur durch nischer Kopplung versehen. Die Gleichrichter Gr 4 die Wicklung W 2 des Kernes fließen kann, dessen zu- und Gr 5 sind Entkopplungsdioden. Die Schaltung geordneter Transistor gerade gesperrt ist. enthält außerdem in bekannter Weise die Wider- Die Funktion der Schaltung beruht darauf, daß die

ständeR4 bis Rl. Die Gleichrichter Gr3 und Gr6 Arbeitspunkte der beiden Magnetkerne RiI, Ri2 dienen dazu, daß nur Impulse bestimmter Polarität 50 während des normalen Betriebes durch die Ströme auf die Basen der Transistoren gelangen können. Die entsprechend der Polarität und Größe in die Sättigung Kollektoren der Transistoren sind über Arbeitswider- gebracht werden. Bei Ausfall der Versorgungsspanstände R2, R3 auf Nullpotential gelegt. Die bistabile nung kehren sie zum Remanenzpunkt zurück. Beim Kippstufe als solche arbeitet in der Weise, daß, wenn Wiedereinschalten derselben zwingen die in den Ringabwechselnd Impulse auf die beiden Eingänge El, 55 kernen induzierten Spannungen die Kippstufe in ihre E 2 gegeben werden, auch abwechselnd Transistor alte Lage zurück.

TrI bzw. Transistor Tr 2 Strom führt, die Schaltung Es sei zunächst der Fall betrachtet, daß der Tran-

also von einer Lage in die andere übergeht und um- sistor TrI Strom führt, während der Transistor Tr 2 gekehrt. An den Ausgangsklammen A1, A 2 der gesperrt ist. Dabei wird der Kern RiI durch den KoI-Tfansistoren ändert sich das Potential entsprechend 60 lektorstrom von Transistor TrI über die Wicklung zwischen 0+12 Volt, gemessen gegen OVoIt. Wl eindeutig in die Sättigung gebracht. Über die

Grundsätzlich können auch anders aufgebaute an Wicklung^ 2 des Kernes RiI fließt nur der geringe sich bekannte bistabile Kippstuf en verwendet werden, Sperrstrom des Gleichrichters GrI, der ohne Bedeuz. B. mit ÄC-Kopplung, solche mit einem Eingang, tung ist. Gleichzeitig fließt aber über die Wicklung bei der aufeinanderfolgende Impulse ein Kippen be- 65 W 2 des Kernes Ri 2 ©in Strom, dessen Polarität für wirken, bzw. Schaltungen mit einem Ausgang usw. den Kern Ri 2 entgegengesetzt dem in seiner Wick-Zum Aufbau der bistabilen Kippstufen können grand- lung W1 normalerweise fließenden Kollektorstrom sätzlich auch Röhren verwendet werden. ist. Das bedeutet, daß der KernÄz2, der im Arbeits-

kreis des gesperrten Transistors liegt, so vormagnetisiert ist, daß die Wicklung Wl für einen Kollektorstrom einen sehr hohen Widerstand darstellen würde. Bei Versorgungsspannungsausfall geschieht nun im einzelnen folgendes:

1. Der Arbeitspunkt von Kerni?/1 ist auf seiner Hysteresekurve durch den Kolektorstrom durch die Wicklung Wl in die Sättigung gebracht worden und geht bei Versorgungsspannungsausfall bis zur Remanenz zurück.

2. Der Arbeitspunkt von Kern Ri 2 ist auf seiner Hysteresekurve durch einen — dem Kollektorstrom von Transistor 2>2 um 180° phasenverschobenen — Hilfsstrom i_H 2 durch die Wicklung W 2 in die Sättigung gebracht worden und geht ebenfalls bei Versorgungsspannungsausfall bis zur Remanenz zurück.

Dadurch sind beide Kerne entgegengesetzt magnetisiert. Wird nun die Versorgungsspannung wieder eingeschaltet, so sind zwei Fälle zu unterscheiden:

1. Für den Fall, daß nach dem Einschalten der Transistor TrI Strom führen will, also der gewünschte Fall, so geschieht nichts, was dem entgegenwirken würde, da ja der Kerni?z'l in der Weise vormagnetisiert ist, daß der Kollektorstrom des Transistors TrI in der Spule keinen Widerstand vorfindet.

2. Möchte der Transistor Tr 2 Strom führen, so verhindern die in den Wicklungen Wl und W 2 des Kernes Ri 2 induzierten Spannungen, daß dies eintritt, und sorgen gleichzeitig dafür, daß der Transistor TrI geöffnet wird.

Im einzelnen läuft dieser Vorgang so ab: Wenn' Bach dem Einschalten der Transistor Tr 2 Strom führen will, so müßte dieser Strom den Kern Ri 2 ummagnetisieren. Es entsteht also an der Wicklung Wl des Kernes Ri 2 eine EMK, die so gepolt ist, daß der Windungsanfang positiv gegenüber dem Windungsende wird. Über die galvanische Verbindung des Wicklungsendes mit der Basis des Transistors TrI wird somit dieser nun gezwungen, sich zu öffnen und Strom zu führen, wodurch das Umkippen in die gewünschte Lage stattfindet. Gleichzeitig wird rückwirkend durch die Kopplung zwischen den Transistoren der Transistor Tr 2 gesperrt. Durch diesen wesentlichen, bei den bekannten Schaltungen nicht vorhandenen Induktionseffekt wird somit die Schaltungssymmetrie zugunsten des Transistors TrI wesentlich erhöht.

Die Anwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Speicher ist nicht auf ein bestimmtes technisches

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45 Gebiet beschränkt. Sie kann grundsätzlich überall dort Anwendung finden, wo Halbleiterkippschaltungen eingesetzt werden. Dies ist insbesondere neben den datenverarbeitenden Maschinen bei ruhenden industriellen Steuerungen der Fall, insbesondere bei Folge- bzw. Taktstraßensteuerungen, ζ. B. in der Automobilindustrie, bei Zählschaltungen, Steuerung einer Oszillierbewegung (Werkzeugmaschinen), bei Steuerung von Rüttelformmaschinen, Pressensteuerungen, Steuerung von Abfüllmaschinen, in der Fördertechnik (Hebezeuge, Aufzugssteuerungen) usw.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung mit sättigbaren, magnetischen Bauelementen an bistabilen Kippschaltungen zur Vermeidung von Fehlkommandos bei Wiederkehr der Versorgungsspannungen nach vorhergehendem Ausfall, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Schaltelementen (TrI, Tr 2) der Kippstufe je ein sättigbarer Magnetkern (RiI, Ri 2) mit je zwei Wicklungen (Wl, W 2) zugeordnet ist, dessen eine Wicklung (Arbeitsstromwicklung Wl) jeweils in dem Arbeitsstromkreis des zugeordneten Schaltelementes liegt und dessen andere Wicklung (Hilfsstromwicklung W 2) jeweils dann von einem gegenüber dem im Öffnungszustand durch die Wicklung (Wl) betreffenden Kernes fließenden Arbeitsstrom entgegengesetzt magnetisierenden Hilfsstrom durchflossen wird, wenn das zugeordnete Schaltelement gesperrt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder den beiden Schaltelementen der Kippstufe zugeordnete Hilfsstrom jeweils vor dem Arbeitswiderstand (R2, R3) des einen Schaltelementes abgezweigt wird und jeweils über die Hilfsstromwicklung (W 2) des dem anderen Schaltelement zugeordneten Magnetkernes und einen Gleichrichter (GrI, Gr 2) sowie über einen für beide Hilfsstromkreise gemeinsamen Widerstand (RiI) nach dem Nulleiter abfließt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Magnetkerne die Windungszahl der Arbeitsstromwicklung (Wl) größer als die Windungszahl der Hilfsstromwicklung (W 2) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ails Schaltelemente der Kippschaltung Transistoren verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1035 206, 1036 920; deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 376.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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