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Gegen Störimpulse unempfindliche Schaltungsanordnung zur Erzeugung
eines Impulses Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines
Impulses. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem bistabilen Element mit mindestens
einem Eingang und einem Ausgang, bei dem der Ausgang über .eine Verzögerungsschaltung
mit dem Eingang verbunden ist.
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Derartige Schaltungsanordnungen besitzen ein monostabiles Schaltverhalten.
Monostabile Kippschaltungen, die aus einem über eine Verzögerungsschaltung rückgekoppelten
bistabilen Element gebildet werden, sind bekannt. Dabei werden als Verzögerungsglieder
RC-Glieder oder gleichstrommäßig vom bistabilen Element getrennte RC-Glieder in
Verbindung mit Schwellwertschaltungen oder auch Laufzeitkabel verwendet.
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Durch die Erfindung wird für monostabile Kippschaltungen, die aus
einem bistabilen Element und einer Verzögerungsschaltung bestehen, eine Verzögerungsschaltung
vorgeschlagen, durch welche diese eine gute Störstabilität erhalten. Gemäß der Erfindung
ist eine Schaltungsanordnung mit monostabilem Verhalten vorgesehen, bei der als
Verzögerungsschaltung ein astabiler Multivibrator dient, in der Weise, daß eine
seiner beiden Schaltflanken zur Rückstellung des bistabilen Elementes ausgenutzt
wird und daß der Steuereingangskreis des astabilen Multivibrators als Integrierglied
ausgebildet ist. Durch die klare Trennung des bistabilen Elementes und des astabilen
Multivibrators bleibt die Empfindlichkeit des ersteren erhalten. Störspannungen
auf den Ausgängen des bistabilen Elementes werden durch den integrierenden Eingang
des astabilen Multivibrators weitgehend unwirksam gemacht. Diese Tatsache wird dann
noch verstärkt, wenn der Kondensator des Integriergliedes im Eingang des astabilen
Elementes nicht direkt gegen einen Punkt, an dem eine Versorgungsspannung anliegt,
geschaltet ist. Dann nämlich werden Störimpulse auf der Versorgungsspannung auch
integrierend aufgenommen. Das bistabile Element wird in seine Ausgangslage zurückgesteuert
durch das Ausgangssignal des astabilen Multivibrators.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1173 937 ist zwar bereits eine Schaltungsanordnung
mit dem Verhalten einer monostabilen Kippschaltung einstellbarer Kippzeit bekanntgeworden,
die aus einer bistabilen Kippschaltung und aus einem die Kippzeit beeinflussenden
Differenzierglied besteht. Durch dieses und ein weiteres Differenzierglied ist die
Schaltungsanordnung jedoch sehr empfindlich gegen Störimpulse auf ihrem Ausgang.
Demgegenüber war es ein Hauptziel der Erfindung, eine möglichst störstabile Schaltungsanordnung
zu schaffen. Auch gegenüber aus zwei aktiven Elementen bestehenden monostabilen
Kippschaltungen, bei welchen die Kopplung zwischen den Ausgangselektroden und den
Steuerelektroden auf der einen Seite als Gleichstromkopplung und auf der anderen
Seite als Wechselstromkopplung wirkt, hat die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
große Vorteile. Bei diesen bekannten monostabilen Kippschaltungen wird die Wechselstromkopplung
durch Kondensatoren durchgeführt. Störimpulse an den gesteuerten Elektroden werden
dann in voller Höhe auf die steuernden Elektroden übertragen und verursachen Fehlschaltungen.
Maßnahmen zur Vermeidung dieser Nachteile erfordern zusätzliche Schaltmittel, die
insgesamt einen hohen Aufwand bei im allgemeinen nicht genügender Störstabilität
verursachen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
F i g. 1 und 2 beschrieben. In F i g. 1 ist eine grundsätzliche Darstellung der
erfindungsgemäßen monostabilen Kippschaltung gegeben, während F i g. 2 den Schaltplan
eines möglichen Ausführungsbeispiels wiedergibt.
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In F i g. 1 ist mit B ein allgemeines bistabiles Element bezeichnet.
Dieses hat zwei Eingänge BEI und BE 2 sowie einen Ausgang BA. Der
Ausgang BA gibt eine Spannung ab, die in Abhängigkeit von der Ansteuerung
des bistabilen Elements zwischen zwei festen Werten wechselt. Mit AF ist ein astabiler
Multivibrator bezeichnet. Der Eingang desselben ist mit Aß und der Ausgang mit A1
bezeichnet. Wird das bistabile Element B über seinen Eingang BE 1 kurzzeitig
angesteuert, so gibt es im folgenden am Ausgang eine Spannung ab, die den astabilen
Multivibrator
AF einschaltet. Mit der Einschaltflanke oder der
Ausschaltflanke der Ausgangsspannung desselben wird nun das bistabile Element in
die Ausgangslage zurückgesetzt, die es vor der Ansteuerung seines Einganges BE
1 innehatte. In dieser liegt am Ausgang BA eine Spannung, die den astabilen
Multivibrator AF sperrt. Dieser kann also nur jeweils eine volle Schaltperiode durchlaufen.
Die Länge der Zeit des unstabilen Zustandes der monostabilen Kippschaltung hängt
also nur von der Schaltzeit des astabilen Multivibrators ab.
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In der F i g. 2 steht an Stelle des allgemeinen bistabilen Elementes
der F i g. 1 ein unter der Bezeichnung »Flip-Flop« bekanntes bistabiles Element
FF. Dieses besteht aus zwei aktiven Elementen, z. B. Röhren oder Transistoren, die
von ihren Ausgangselektroden zu ihren Steuerelektroden wechselseitig rückgekoppelt
sind. Flip-Flops lassen sich durch Ausgangsverstärker und zusätzliche Dioden sehr
störsicher bauen. Das Flip-Flop weist zwei Steuereingänge FL' und P' und
zwei Ausgänge FL und FL auf. Weiterhin ist eine mögliche vorteilhafte Ausführungsform
für den astabilen Multivibrator AF angegeben.
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Wird das Flip -Flop FF über den Eingang FL' ge-
setzt,
so schaltet der Ausgang Fr auf den Eingang A3 des astabilen Multivibrators AF eine
Spannung, welche diesen veranlaßt, nach einer bestimmten Zeit einen Impuls abzugeben.
Durch diesen Impuls wird das Flip-Flop FF über den Eingang T' wieder in die Ausgangslage
zurückgesetzt. Danach liegt am Ausgang TE des Flip-Flops eine Spannung, die den
astabilen Multivibrator AF abschaltet. Dieser kippt nun nach einer anderen und im
allgemeinen wesentlich kürzeren Zeit als die Einschaltzeit in die Ausgangslage zurück.
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Der astabile Multivibrator AF ist aus zwei Transistoren Tsl und Ts2
aufgebaut. Der Transistor Tsl hat eine feste Basisspannung. Sein Kollektor ist über
einen Widerstand R4 mit der abgeblockten Betriebsspannung +U2 verbunden. Der Emitter
des Transistors Tsl ist über einen Widerstand R9 mit einer ebenfalls abgeblockten
Betriebsspannung - U1 und über einen Kondensator Cl mit dem Emitter des Transistors
Ts. verbunden. Von diesem führt ein regelbarer Widerstand R7 zu dem Punkt A3. Der
Ausgang ML des Flip-Flops FF ist mit dem Punkt A3 verbunden. Von der Basis des Transistors
Ts2 führt eine Zenerdiode D2 an den Kollektor des Transistors Tsl und ein Widerstand.RB
an die Spannung -U1. Im Kollektorkreis des Transistors Ts. liegt die Primärwicklung
eines Übertragers ü. Um hohe Selbstinduktionsspannungen in dieser zu unterbinden,
liegt parallel zu ihr die Serienschaltung aus einem Widerstand R5 und einer Diode
Dl- Die Sekundärwicklung des Übertragers U bildet den Ausgangskreis der Schaltung.
Sie liegt zwischen den Punkten Al und A2.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung wird von dem stabilen
Zustand derselben ausgegangen. In diesem ist das Flip-Flop FF gelöscht. An seinem
Ausgang TE mögen dann 0 Volt stehen. Es werde angenommen, daß der Transistor Ts.
gesperrt und der Transistor Tsl leitend sei. Dann liegen auch am Emitter des Transistors
Ts. 0 Volt. Wird nun das Flip-Flop FF über seinen Eingang FL' in den
anderen Schaltungszustand gebracht, so weist sein AusgangTE eine Spannung von z.
B. -6 Volt auf. Zu dieser Spannung hin wird der Kondensator C2 über den Integrierwiderstand
R7 umgeladen. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Emitterspannung des Transistors Ts.
negativer ist als seine Basis, wird dieser Transistor leitend, und der durch sein
Einschalten einsetzende Umladestrom des Kondensators C1 verursacht an dem Widerstand
R3 eine Spannung der Höhe, die ausreicht, um den Transistor Tsl für die Dauer des
Umladevorganges zu sperren. Während also der Transistor Ts2 leitend bleibt, sperrt
der Transistor Tsl. Die Dauer des Sperrzustandes ist abhängig von der Zeitkonstanten
des Integriergliedes R9, Cl und der Höhe der Spannung - Ui. Im Augenblick des Durchschaltens
des Transistors Tsl wird über die Zenerdiode D2 die Basis des Transistors Ts2 wieder
negativer, wodurch die Sperrung des Transistors Ts2 bewirkt wird. Je nach der Polung
der Sekundärwicklung des Übertragers ü wird beim Einschalten oder beim Sperren
des Transistors Ts2 ein Löschimpuls auf den Eingang T' des Flip-Flops FF gegeben.
Dieser bewirkt ein Umschalten desselben, so daß danach der astabile Multivibrator
AF durch die nun am Ausgang FL wieder anliegenden 0 Volt gesperrt wird. Die Gesamtschaltung
bleibt in der Ausgangslage. Auf den Eingang T' gegebene positive Impulse führen
nicht zu einem Umschaltvorgang des Flip-Flops. Sie werden durch eine Diode in diesem
abgetrennt. Zum Zeitpunkt des Sperrens des Transistors Ts. entsprechen die Emitterpotentiale
beider Transistoren denen in der Ruhelage der Schaltung. Es ist also möglich, bereits
zu diesem Zeitpunkt über den Eingang A3 ein erneutes Kippen des astabilen Multivibrators
AF einzuleiten. Wird daher das Flip-Flop FF von der Rückflanke des Ausgangsimpulses
des astabilen Multivibrators AF zurückgesetzt, so vergeht bis zum Zeitpunkt des
möglichen neuen Setzens des monostabilen Elementes nur noch eine Zeit, die von der
Umschaltgeschwindigkeit des Flip-Flops FF abhängt. In diesem Fall ist der Widerstand
R, so zu dimensionieren, daß beim Sperren des Transistors Ts. in dem übertrager
U eine Induktionsspannung entsteht, die ausreicht, um das Flip-Flop FF in die Ausgangslage
zu bringen, die andererseits aber nicht so groß ist, daß der Transistor Ts. gefährdet
wird. In einem ausgeführten Fall betrug die Totzeit für das Wiedereinschalten einige
hundert Nanosekunden, und Tastverhältnisse von 104 bis 10s konnten ohne Schwierigkeiten
erreicht werden. Unter Tastverhältnis wird hier das Verhältnis zwischen der Zeit,
die vergeht, bis die monostabile Schaltung nach einem Kippimpuls einen weiteren
Kippimpuls richtig zu verarbeiten vermag, und der Zeit, während der die monostabile
Schaltung wieder im stabilen Zustand verharrt, aber noch durch keinen weiteren Kippimpuls
in die unstabile Lage gebracht werden darf, verstanden. Wird jedoch die monostabile
Schaltung während des unstabilen Zustandes zurückgesetzt, z. B. über den Eingang
FL' des Flip-Flops FF, so ergibt sich ein Tastverhältnis, das vom Zeitpunkt des
Zurücksetzens abhängig ist, da der Kondensator Cl zum Zeitpunkt des erneuten Einschaltens
des astabilen Multivibrators AF seine Ausgangsspannung aufweisen muß. Weiter lassen
sich ohne Verschlechterung der übrigen Schaltungseigenschaften Zeiten des unstabilen
Zustandes bis in den Sekundenbereich hinein erzeugen.
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Die Störstabilität Da auf den Eingang T' auftreffende positive Impulse
durch eine Diode im Flip-Flop FF abgetrennt
werden, kann dieses
nur noch über andere Störquellen eingeschaltet werden. Bistabile Elemente, insbesondere
Flip-Flops, sind aber wesentlich unempfindlicher als normale monostabile Elemente,
da bei den letzteren die Totzeit bestimmende Kapazität an die Basis des betreffenden
Transistors geführt wird und sehr hoch sein kann. Eine Änderung der Einschaltspannung
am Eingangspunkt A3 des Flip-Flops wird über den Widerstand R7 aufintegriert. Die
Zeit bis zum Einschalten des Transistors Ts. wird dadurch unter Umständen verändert.
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Bei einer Vergrößerung des Wertes der Spannung U2 wandert sowohl die
Emitter- als auch die Basisspannung des Transistors Ts2 zu positiven Werten hin.
Die Störung kann aber erst nach dem Abklingen des Kondensatorumladestromes wirksam
werden. Auch hier wird also die Störung integriert. Das gleiche gilt für die Spannung
- Ui. Wird zum Zurückschalten des Flip-Flops FF die Rückflanke der Impulse vom astabilen
Multivibrator AF benutzt, so ist es zweckmäßig, den Ausgangspunkt A2 zur weiteren
Erhöhung der Störstabilität auf eine Schwellenspannung, z. B. -von 0 Volt zu legen.
Damit werden Störimpulse, die durch eine sprungartige Änderung der Spannung -!-
U2 während der Leitphase des Transistors Ts. in dem Übertrager ü induziert werden,
unterdrückt. Mit zunehmender Größe der Kapazität des Kondensators C1 verbessert
sich die Störstabilität weiter, da der größeren Kapazität eine bessere Integrationswirkung
gegen Störungen entspricht.
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Die Ausführung der astabilen Schaltung ist nicht auf das angegebene
Beispiel beschränkt. Vielmehr sind alle astabilen Multivibratoren mit einem integrierenden
Eingang verwendbar.