DE1206958B - Bistabile Kippschaltung mit einstellbarer Verzoegerung des Umschaltvorganges - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. σ.:

H03k

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1206 958

Aktenzeichen: P 35580 VIII a/21 al

Anmeldetag: 28. November 1964

Auslegetag: 16. Dezember 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Transistor-Kippschaltung mit Diodenkopplung zwischen Kollektor des einen Transistors und Basis des anderen Transistors. Jedoch soll ein dritter Zustand, bei dem beide Transistoren leitend sind und der »quasistabil« genannt wird, erreicht werden, der wie bei der monostabilen Kippstufe zeitlich begrenzt und durch eine einstellbare Zeitkonstante beliebig veränderbar gemacht werden kann.

Es ist bekannt, solche Schaltfunktionen durch Kombinationen bistabiler und monostabiler Kippstufen zu realisieren. Dies führt jedoch zu umfangreichen Baugruppen. Außerdem werden monostabile Kippschaltungen im allgemeinen durch Impulse angesteuert, während es häufig, besonders aus Gründen geringerer Störanfälligkeit, erforderlich ist, Schaltfunktionen durch statische Potentiale und Potentialsprünge zu steuern.

Es ist weiterhin bekannt, elektronische Schalter (Röhren, Transistoren) über i?C-Glieder derart anzusteuern, daß der Ausgangsspannungssprung gegenüber dem Eingangsspannungssprung verzögert wird. Inverse Ausgangsspannungssprünge unter Gewährleistung des obenerwähnten »quasistabilen Zustandes« lassen sich hierbei auch nur durch zusätzliche Ver-Wendung bistabiler Kippstufen sowie aufwendiger Koppelglieder realisieren.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung vermeidet alle diese Nachteile, da hier eine statisch angesteuerte bistabile Kippschaltung vorliegt, bei der der inverse Polaritätswechsel der Steuerspannung an den Eingängen jeweils einen der beiden Ausgänge dieser Kippschaltung sofort, den anderen jedoch erst nach der Verzögerungszeit umschaltet. Hierbei durchläuft jeweils eine Kippstufe während der Verzögerungszeit den quasistabilen Zwischenzustand für die Dauer der Verzögerungszeit, während der beide Transistoren leitend sind.

Die bistabile Transistor-Kippschaltung mit Diodenkopplung zwischen Kollektor des einen Transistors und Basis des anderen Transistors ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopplungszweig zwei einander entgegengeschaltete Dioden enthält, an deren Verbindungspunkt ein i?C-Glied angeschlossen ist, dessen Widerstand an einem festen Potential liegt.

Gegenüber Kombinationen aus monostabilen und bistabilen Kippstufen, die häufig eine statische Ansteuerung nicht zulassen, besteht neben dem Vorteil des wesentlich geringeren Aufwandes der besondere Vorzug der geringeren Störanfälligkeit wegen der statischen Ansteuerung. Von weiterem Vorteil ist die Bistabile Kippschaltung mit einstellbarer
Verzögerung des Umschaltvorganges

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Helmut Kiesow, Hamburg-Lokstedt;

Dipl.-Ing. Heinz-Dieter Purps,

Hamburg-Garstedt

Einstellbarkeit der Zeitkonstante des quasistabilen Zustandes.

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung nach der Erfindung,

F i g. 2 das zugehörige Impulsschema,

F i g. 3 ein Beispiel für die Verwendung der Schaltung nach F i g. 1 bei der Ansteuerung von Thyristoren.

Es sei angenommen, an Punkt @ nach F i g. 1 liege eine negative Spannung und an ® sei die Spannung Null; dann bekommt Tr₁ über R₂ und über R₃ Basisstrom und ist leitend. Am Kollektor von Tr₁ liegt die geringe Kniespannung (Sättigungsspannung) des Transistors. D₁ ist eine Siliziumdiode mit hoher Kniespannung. Der Kondensator C₂ hat gegenüber Masse eine leicht positive Spannung, da er über R_s an + Ub liegt; er kann jedoch nicht auf + Ub aufgeladen werden, da D₁ ihn auf geringem positivem Niveau —· entsprechend der Kniespannung — hält. Dieses Niveau ist jedoch positiv genug, um Z)₄ leitend zu machen. Daher fließt der über R₆ eingespeiste Strom nicht in die Basis von Tr₂, sondern über Z)₄ und R_a nach + Ub. Die Basis von Tr₂ ist leicht positiv, 7V₂ ist also gesperrt. Das bedeutet aber, daß der Kollektor von Tr₂ negatives Potential (—U_c) hat und C₁ über D₃ negativ aufgeladen ist und D₂ sperrt. Die Basis von Tr₁ bekommt daher den gesamten über R₂ und R₃ eingespeisten (negativen) Strom. Wird jetzt die negative Steuerspannung © abgeschaltet, so ändert sich an dem Zustand von Tr₁ nichts, da der über R₂ fließende Strom auch allein in der Lage ist, Tr₁ zu übersteuern.

Der Zustand der Schaltung ändert sich erst, wenn — nach F i g. 2 zur Zeit I₁ —an (b) eine negative Spannung angelegt wird. Dann ist die Summe des von — U_c über R₆ und von (B) über R₁ fließenden (negativen) Stromes größer als der über R_s von + Ub eingespeiste (positive)

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Strom, d. h., aus der Basis von Tr₂ fließt ein Basistrom. Der Transistor Tr₂ wird dadurch leitend, und die Spannung an @ springt auf die Kollektor-Emitter-Restspannung zurück. Der Kondensator C₁ entlädt sich nun über R_t. Tr₁ bleibt noch so lange leitend, bis sich C₁ auf eine leicht positive Spannung umgeladen hat; dann wird D₂ leitend, und der Basisstrom fließt über i?₄ und D₂ ab, d. h., Tr₁ wird nach der Verzögerungszeit At im Zeitpunkt t₂ gesperrt.

Die Schaltung nimmt jetzt den gegenüber dem Anfangszustand entgegengesetzten Zustand an. Wird nun die Spannung an @ wieder negativ und an (B) Null — t_s —, so läuft der Vorgang in umgekehrter Richtung ab, d. h., nach der Verzögerungszeit Λ t' kippt die Schaltung im Zeitpunkt i₄ wieder in den anfangs erwähnten Ausgangszustand. Aus der Beschreibung des Umschaltvorganges kann man entnehmen, daß zwischen den beiden Zuständen DTr₁ leitend, Tr₃ gesperrt« und ^Tr₁ gesperrt, Tr₂ leitend« immer der quasistabile Zustand »Tr_z leitend, Tr₁ leitend« für die Dauer von Δ t und Δ t' durchlaufen wird. Die Schaltung hat also drei Zustände. Die berechenbare Dauer des quasistabilen Zustandes ist gegeben durch die Zeit, in der sich der Kondensator C₁ (bzw. C₂) von — Uc auf 0 Volt entlädt. Diese Einrichtung kann überall dort eingesetzt werden, wo mit Hilfe von Spannungssprüngen zwei Vorgänge so geschaltet werden sollen, daß zwischen dem Ausschalten des einen Vorgangs und dem Einschalten des anderen stets eine bestimmte Pufferzeit liegt, d. h., bei einem Potentialwechsel der Steuerspannung an @ bzw. (D werden die Ausgänge Q) bzw. (g) nicht gleichzeitig umgeschaltet, sondern in bestimmter Reihenfolge nacheinander und mit definierter Verzögerungszeit.

Besonders vorteilhaft hat sich die Einrichtung nach der Erfindung bei der Steuerung von Zündschaltungen für Thyristoren bewährt. In antiparallelgeschalteten Thyristorgruppen muß bei der Richtungsumkehr des Laststromes gewährleistet sein, daß die Stromrichter der einen Stromrichtung nicht vor dem vollständigen Sperren der anderen Stromrichtung gezündet werden. Auf einfache Weise wird diese Forderung durch die beschriebene Einrichtung nach der Erfindung in dem Beispiel nach F i g. 3 realisiert. Der — im allgemeinen Fall komplexe — Lastwiderstand Rl wird aus dem Netztrafo T über Thyristoren V₁ bis F₄ gespeist. Hierbei ist der Laststrom Il positiv, wenn V₁ und V₂ geöffnet sind, und er ist negativ, wenn V₃ und F₄ geöffnet sind. Das Öffnen dieser Stromrichter geschieht in bekannter Weise durch Zündimpulse an den Steuerelektroden, wobei durch geeignete Wahl der Phasenlage dieser Zündimpulse gegenüber der Netzwechselspannung die Höhe des Laststromes variiert werden kann.

Die Zündimpulse liefern die Verstärker 10, 11, 12, 13, die mit einer geeigneten Impulsfolge an © angesteuert werden. Es muß nun Vorsorge getroffen werden, daß beim Umschalten von positiver auf negative Stromrichtung von Il die Stromrichter V₃ und F₄ erst dann gezündet werden, wenn F₁ und F₂ tatsächlich gesperrt sind. Bei induktiver Last Rl muß mit Kommutierung der Stromrichterausgangsspannung gerechnet werden; das bedeutet aber, daß F₁ und F₂ noch bis in die nächstfolgende Halbwelle Strom führen. Würde man in dieser Zeit bereits F₃ und F₄ öffnen, so hätte man über F₁ und F₄ bzw. F₂ und F₃ einen Kurzschluß für die Sekundärseite des Netztrafos T; dadurch würden die Stromrichter zerstört werden. Verwendet man jedoch die Anordnung nach der Erfindung (14) in der Weise, daß deren Ausgang Q) mit den Zündimpulsverstärkern 10 und 13 sowie Ausgang (3) mit den Zündimpulsverstärkern 11 und 12 verbunden werden und diese Zündverstärker jeweils gesperrt werden, wenn die Ausgangsspannung an Q) bzw. (B) jeweils Null ist, so läßt sich der Kurzschluß über die Stromrichter mit Sicherheit vermeiden. Der Steuerbefehl zum Umschalten der Laststromrichtung kann beispielsweise von einer Photozelle 15 über die Verstärker 16 und 17 an die Eingänge (a) und (0) der Einrichtung 14 erteilt werden. Die beschriebene Einrichtung 14 schaltet dann z. B. an (A) sofort um und an (S) nach der vorgegebenen Verzögerungszeit, die hier mindestens eine halbe Periodendauer der Netzwechselspannung betragen muß.

In Erweiterung der Erfindung lassen sich — wenn man die Ausgänge (2) und (B) über ein einfaches Oder-Gatter aus zwei Dioden zusammenschaltet (wobei -Uc = »£« sein soll) — lediglich durch die inverse Umschaltung der Steuerspannungen an @ und (S) Impulse erzeugen, deren Breite durch entsprechende Bemessung der Zeitkonstanten RJC₁; R₈IC₂ einstellbar ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bistabile Transistor-Kippschaltung mit Diodenkopplung zwischen Kollektor des einen Transistors und Basis des anderen Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopplungszweig zwei einander entgegengeschaltete Dioden enthält, an deren Verbindungspunkt ein i?C-Glied angeschlossen ist, dessen Widerstand an einem festen Potential liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Kollektoren der Transistoren angeschlossenen Dioden Siliziumdioden mit hoher Kniespannung sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Kippstufe über ein Oder-Tor zusammengeschaltet sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Kippstufe über impulsgesteuerte Verstärker mit je einem Paar steuerbarer Stromgleichrichter verbunden sind, von denen der eine des einen Paares mit dem anderen des anderen Paares antiparallel geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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