DE3642249A1 - Impulsverstaerker fuer die zeitdiensttechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsverstärker für die Zeitdiensttechnik, insbesondere für Uhrenanlagen, wobei für die Uhrensteuerung positive und negative Zeit-Impulse auf einer Zwei-Draht-Leitung (Impulslinie) übertragen werden.

Bei Uhrenanlagen werden eine Vielzahl von Nebenuhren über mehr oder weniger große Entfernungen von einer Hauptuhr gesteuert. Die Übertragung der Steuerimpulse erfolgt im allgemeinen auf einer Zwei-Draht-Leitung. Diese Zeit-Impulse, auch als Uhrenim­ pulse oder Linienimpulse bezeichnet, sind dabei von Minutenim­ pulsen (Dauer 2 s), Sekundenimpulsen (0,9 s) und Nachstellimpul­ sen (0,4 s) wechselnder Polarität gebildet. Der Uhrenimpuls­ übertragung können verschiedene Linienspannungen zugrunde gelegt werden, die im allgemeinen 12, 24, 36, 48 oder 60 Volt betragen können. Die meisten Linienausgänge können mit einem maximalen Linienstrom von 1 bis 2 Ampere belastet werden. Für räumlich ausgedehnte Uhrenanlagen, wie sie z. B. die Deutsche Bundesbahn hat und deren Leitungen bzw. Kabel häufig entlang von Bahnlinien oder Hochspannungsleitungen verlegt sind, besteht die Gefahr, daß Störimpulse auf der Impulslinie auftreten können. Ferner ist es bei langen Übertragungsleitungen erforderlich, die Zeitimpulse zu verstärken. Bekannt hierfür ist beispielsweise Impulsübertrager vorzusehen, die in Relaistechnik aufgebaut sind und daher einerseits wegen der begrenzten Schaltspiele nicht für den Sekundenbetrieb geeignet sind und andererseits bei Minutenbetrieb eine eingeschränkte Lebensdauer aufweisen. Der bekannte Impulsübertrager ist auch nicht in der Lage, verzerrte Imulse zu regenerieren. Darüber hinaus reagiert er sehr empfindlich auf Störimpulse.

Für die Uhrenimpulsübertragung bei Fremdspannungseinfluß wurden sogenannte abgeriegelte Leitungen verwendet, die den Einfluß von Störungen durch parallelgeführte Energieleitungen verringerten.

Dabei ist die Impulslinie in einzelne Abschnitte (Teilstrec­ ken) aufgeteilt, die mit spannungsfesten Übertragungen abge­ schlossen, d. h. abgeriegelt sind. Hierbei können jedoch die Uhrenimpulse, die die Energie für das Fortschalten der Uhren liefern, nicht in der obenerwähnten Form über eine abgeriegel­ te Leitung übertragen werden. Daher sind besondere Schaltmaß­ nahmen erforderlich, um aus den übertragenen Zeit-Impulsen energiereiche Uhrenfortschaltimpulse herzuleiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und einen Impulsverstärker für die Zeit-Impulse im Sinne von Uhrenimpulsen, die die Fortschaltung der Neben­ uhren bewerkstelligen, zu schaffen, der vielseitig für die Uhrensteuerung in der Zeitdiensttechnik eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Impulsverstärker eine an die Impulslinie anpaßbare Eingangs­ schaltung aufweist, der für die positiven und negativen Zeit- Impulse jeweils eine galvanische Trennstufe nachgeschaltet ist, die von Optokopplern gebildet ist, daß den Optokopplern eine Impulsverstärkerstufe mit jeweils einem Eingang für die posi­ tiven und negativen Zeit-Impulse nachgeschaltet ist, daß die Impulsverstärkerstufe einfache Leistungs-MOS-Transistoren auf­ weist, die von den Optokopplern angesteuert werden, und in einer Brückenschaltung angeordnet sind, daß die Leistungs­ transistoren unabhängig von der Betriebsspannung, die einen Wert von etwa 12 bis 60 V aufweisen kann, betrieben werden, wobei die Leistungstransistoren mit einer Hilfsspannung (Gate-Source-Aussteuerungsspannung) beaufschlagt sind, die ca. 10 V beträgt und daß den Leistungstransistoren eine schnell­ ansprechende Überlastungsschutzschaltung zugeordnet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Impulsverstärker ist es möglich, die Zeit-Impulse zu verstärken und je nach Verwendung einer bestimmten Eingangsschaltung diese Impulsverstärker für verschiedene Zwecke einzusetzen. So kann die Eingangsschaltung als störsichere Eingangsschaltung ausgelegt sein oder aber als eine Linieneingangsschaltung, die unabhängig von der Linienspannung arbeitet, oder aber direkt für den Anschluß an ein Steuergerät, welches mit MOS-, TTL- oder Open- Collektorausgang arbeitet.

Nähere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der Erfindung an ver­ schiedenen Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt die

Fig. 1 schematisch die Verstärkerstufe,

Fig. 2 schematisch eine störsichere Eingangsschaltung,

Fig. 3 eine linienspannungsunabhängige Eingangsschaltung,

Fig. 4 eine Eingangsschaltung zum unmittelbaren Anschluß an einem Steuergerät,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Impulsverstärkerstufe und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer störsicheren Impuls-, Eingangs- und Regenerierschaltungsanordnung.

In Fig. 1 ist vereinfacht eine Impulsverstärkerstufe VER gemäß der Erfindung dargestellt, die eingangsseitig vier Optokoppler OK 1 bis OK 4 und für die Verstärkung der positiven und negativen Impulse vier Leistungstransistoren LT 1 bis LT 4 aufweist, die in Brückenschaltung angeordnet sind. Den Optokopplern vorge­ schaltet ist die Eingangsschaltung, die verschieden ausgebildet sein kann und später noch erläutert wird. Die Impulsverstärker­ stufe verwendet einfache, d. h. preisgünstige N-Kanal-Leistungs-MOS- Transistoren, die in besonderer Weise angesteuert werden. Für die Impulsverstärkerstufe ist wesentlich, daß sie in einem breiten Betriebsspannungs-Bereich arbeitet, d. h. unabhängig von einer Betriebsspannung, die von 12 bis 60 V betragen kann. Für die Aussteuerung der Transistoren LT 1 und LT 3 ist zweckmäßiger Weise ein Spannungs-Signal vorgesehen, das ca. 10 V positiver ist als die positive Betriebsspannung UB+. Diese Aussteuerungsschaltung wird im einzelnen anhand der Fig. 1 noch beschrieben. Die von der Impulslinie über die Eingangsschaltung (Fig. 6) kommenden positiven und negativen Zeitimpulse (ZIp und ZIn) gelangen einerseits über die Anschlußklemme O 2 an die Optokoppler OK 1 und OK 4 und andererseits über die Anschlußklemme O 4 an die Optokoppler OK 2 und OK 3. Für die Ansteuerung der Leistungs­ transistoren TL 1 bis TL 4 wird eine Hilfsspannung benötigt, die hier nicht näher dargestellt über die Zenerdiode ZD 12 unabhängig von der eigentlichen Betriebsspannung UB durch die Optokoppler OK 2 und OK 4 abwechselnd, d. h. entsprechend der positiven und negativen Impulse auf der Linie zu den Gate-Elektroden der Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 durchgeschaltet wird. Um beim Abschalten der Optokoppler OK 2 und OK 4 die aufgeladene parasitäre Kapazität Gate-Source der Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 zu entladen und hiermit die Transistoren in den abgeschalteten Zustand zu bringen, sind die zwei Widerstände R 117 und R 121 vorgesehen. Die Ansteuerung der Leistungstransistoren LT 1 und LT 3 erfolgt durch die Optokoppler OK 1 und OK 3, die die ca. auf 10 V aufgeladenen Kondensatoren C 11 und C 12, abwechselnd C 11 mit dem Gate des Leistungstransistors LT 1 und C 12 mit dem Gate des Leistungstransistors LT 3, verbinden. Die Widerstände R 111 und R 112 erfüllen hier dieselbe Rolle wie R 117 und R 121 bei den Leistungstransistoren LT 2 und LT 4. Sie entladen die parasitären Kapazitäten Gate-Source, wenn die Optokoppler OK 1 und OK 3 nicht in leitenden Zustand übergehen. Über den Ausgang mit den Klemmen A 1 und A 2 gelangen die verstärkten Zeit-Impulse an die nachfolgende Impulslinie. Der Impulsverstärkerstufe VER ist eine elektronische Über­ wachungsschutzschaltung ÜSS zugeordnet, die über den Umschalte­ taster S 1 zurückgestellt werden kann, falls die Verstärkerstufe aufgrund eines Kurzschlusses oder einer Überlastung abgeschaltet wird.

In Fig. 2 ist eine erste Eingangsschaltung ES 1 schematisch dar­ gestellt, die als störsichere Impulseingangs- und Impuls­ regenerier-Schaltungsanordnung ausgebildet ist. Über die Eingangsklemmen E 1 und E 0 gelangen die Uhrenimpulse bzw. Zeitimpulse von der Impulslinie IL mit einem bestimmten Linien- bzw. Eingangsstrom IE über den Widerstand R an die zwei gleichartig aufgebauten Schaltungen jeweils für die positiven Zeit-Impulse (ZIp) und negativen Zeit-Impulse (ZIn).

Mit dem Eintreffen eines positiven Zeit-Impulses (ZIp) beginnt die Ausgangsspannung UC 1 des Integrators I 1 von seinem Nullpegel, der beispielsweise +5 V betragen kann, sich langsam zu verringern. Kurze Zeitimpulse wirken sich daher praktisch nicht auf die Ausgangsspannung des Integrators aus, somit ist hierdurch eine Unempfindlichkeit gegenüber Störimpulsen gegeben. Diese Ausgangsspannung UC 1 führt auf den nachgeordneten Schmitt-Trigger ST 1. Wenn diese Ausgangsspannung (VDD der Eingangsschaltung ES 1, von z. B. +5 V) unterschritten hat, reagiert der Schmitt-Trigger ST 1 und veranlaßt das nachge­ schaltete Monoflop MF 1 einen zeitlich definierten Impuls, z. B. einen 0,1-s-Impuls, zu erzeugen. Dieser Impuls setzt über den Reset-Eingang R den Integrator I 2 in den Ausgangszustand, d. h. auf den Null-Pegel, also der Versorgungsspannung von +5 V, und stoppt einen eventuell noch andauernden Impuls durch das Monoflop MF 4 (Reset-Eingang R). Die negative Flanke des 0,1- s-Impulses vom Monoflop MF 1 triggert das Monoflop MF 2, das dem ersten Monoflop MF 1 nachgeschaltet ist. Das zweite Monoflop MF 2 gibt einen 2-s-Impuls ab, der über die Anschlußklemme O 4 zu den Optokopplern und damit zur nachgeschalteten Impulsver­ stärkerstufe VER (Fig. 1) gelangt. Der nächste eintreffende Zeit-Impuls, ein negatives Sekundenimpuls ZIn, kommt über die Diode D 2 zum Integrator I 2. Wenn die Integrationsspannung UC 2 am Ausgang des Integrators I 2 den Halbwert der Versorgungsspannung (VDD) unterschreitet, reagiert der nachgeschaltete Schmitt- Trigger ST 2 und startet das nachgeordnete Monoflop MF 3. Dieses erzeugt einen 0,1-s-Impuls und setzt den Integrator I 2 in den Ausgangszustand (über Reset-Eingang R; UC 1 = +5 V) und stoppt den laufenden Impuls im Monoflop MF 2. Wenn die Sekundenimpulse, auch wenn sie verzerrt sind, im Einsekunden-Abstand voneinander am Eingang E 1 eintreffen, ergibt sich die Dauer des Ausgangsim­ pulses am Monoflop MF 2 von 0,9 s, der an den Anschluß O 4 und somit zu den Optokopplern der Verstärkerstufe gelangt.

Die negative Flanke des Ausgangsimpulses vom Monoflop MF 3 startet den Anfang eines Zweisekundenimpulses im Monoflop MF 4. Wenn der nächste, also positive Sekundenimpuls von der Leitung wieder in einem Abstand von einer Sekunde nach dem vorherigen, also negativen Impuls erfolgt, wird der Zweisekundenimpuls im Monoflop MF 4 durch den 0,1-s-Impuls vom Monoflop MF 1 auf 0,9 s gekürzt. Ähnlich verläuft die Regenerierung bei schnellaufenden Impulsen zum Nachstellen der Linie. Da die Pulsfolgefrequenz höher ist, ergibt sich automatisch eine kürzere Dauer für die Ausgangsimpulse des Monoflops MF 2 und des Monoflops MF 4 auf ca. 0,4 s.

Erfolgt jedoch die Aussteuerung mit Minutenimpulsen, so werden die von den Monoflops MF 2 und MF 4 generierten Zweisekundenim­ pulse nicht gekürzt, da die Impulse vom Monoflop MF 1 und Mono­ flop MF 3 erst nach ca. 60 s seit dem Beginn der Zweisekunden­ impulse eintreffen.

Durch die erfindungsgemäße Regenerierung der Zeit-Impulse vor der galvanischen Trennstufe, d. h. vor den Optokopplern und durch die Verwendung von Integratoren mit einem hohen Eingangs­ widerstand ergeben sich folgende Vorteile.

Der Impulsverstärker kann an jeder Stelle einer bestehenden Uhrenleitung unabhängig von ihrer Länge und der Anzahl der zu versorgenden Nebenuhren angeschlossen werden, ohne daß dabei das einwandfreie Funktionieren der Nebenuhren beeinträchtigt wird. Ferner wird eine große Reichweite bis zu 100 Kilometern erreicht. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Eingangs­ schaltung, die über die Optokoppler mit dem Impulsverstärker verbunden ist, gegenüber störenden Impulsen sehr unempfindlich. Mit der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung können sowohl Sekunde-, Minuten- als auch Nachstellimpulse regeneriert werden, ohne daß hierfür eigens eine Umschaltung vorzunehmen ist.

In Fig. 3 ist eine linienspannungsunabhängige Eingangsschaltung ES 2 dargestellt. Sie ist für den Anschluß an einer Impulslinie IL mit einer Linienspannung von 12-60 V ausgelegt. Diese Linienspannung liegt an den Eingangsklemmen E 1 und E 2 an. Diese Eingangsschaltung weist ein erstes Schaltteil für die positiven und ein zweites Schaltteil für die negativen Zeit-Impulse auf. Das erste Schaltteil, bestehend aus dem Transistor T 1 mit den Dioden D 1, D 2, D 6 und der Zenerdiode ZD 1 und den Widerständen R 1-R 4, bildet einen Stromgenerator, der einen Strom von ca. 0,4 mA generiert, wenn die Spannung der positiven Zeit-Impulse zwischen den Klemmen E 1 und E 2 den Wert von ca. 8 V überschritten hat. Ebenso wird mit dem zweiten Schaltteil, bestehend aus T 2, D 3, D 4, D 5, ZD 2 und R 5- R 8, ein Strom von ca. 0,4 mA generiert, jedoch für die negativen Zeit-Impulse, die ebenfalls an dem Eingang zwischen den Klemmen E 1 und E 2 anstehen. Mit dieser verhältnismäßig einfachen Eingangsschaltung kann der erfindungsgemäße Impulsverstärker in unmittelbarer Nähe am Linienausgang eines steuernden Gerätes angeschlossen werden, wobei es unbedeutend ist, wie hoch die Linienspannung ist (von 8 bis 60 V).

In Fig. 4 ist eine weitere Eingangsschaltung ES 3 dargestellt, die für einen Anschluß an ein Steuergerät vorgesehen ist, welches mit CMOS-, TTL oder Open-Collector-Ausgängen versehen ist. Wenn die positiven und die negativen Zeit-Impulse an getrennten Ausgängen des Steuergerätes anstehen, welches mit CMOS-, TTL-Signal oder Open-Collector-Ausgang ausgeführt ist, wobei während der Impulsdauer das Ausgangssignal eine logische "0" darstellt, kann die erfindungsgemäße Eingangsschaltung ES 3 in der hier dargestellten einfachen Form mit jeweils einem Längswiderstand R 1 und R 2 zwischen den Klemmen E 1 und O 4 bzw. E 2 und O 2 ausgebildet sein. Die Klemmen O 2 und O 4 sind dann mit den entsprechenden Klemmen der Impulsverstärkerstufe (VER) verbunden und führen dort auf die Optokoppler. Die dritte Ausgangsleitung des Steuergerätes führt auf den Eingang E 3 und stellt die positive Klemme der Versorgungsspannung der CMOS- oder TTL-Schaltung dar. Die Eingangsschaltung ES 3 ist unmittelbar mit den Klemmen O 1 und O 3 der Optokoppler verbunden.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Impulsverstärkerstufe VER dargestellt. An seinem Eingang liegt die Betriebsspannung B mit UB+ und UB- gekennzeichnet an. Ferner sind die Anschluß­ klemmen, die zu dem Optokoppler führen, mit O 1-O 4 bezeichnet, an die je nach Verwendungszweck eine entsprechende Eingangs­ schaltung ES 1-ES 3 angeschlossen wird. Für die Eingangs­ schaltung ES 1 ist noch eine Versorgungsspannungsklemme UV gezeigt, über die die Versorgungsspannung für die Eingangs­ schaltung ES 1 gemäß Fig. 6 geführt wird. Wie schon anhand der Fig. 1 erläutert, wird für die Aussteuerung der Leistungs­ transistoren eine Hilfsspannung, eine Gate-Source-Aussteuerungs­ spannung von ca. 10 V gebraucht, die durch einen Stromgenerator und einen Stromspiegel erzeugt wird. Der Stromgenerator ist hier vom Transistor T 15, den Widerständen R 15, R 16 und der Zenerdiode ZD 11 gebildet. Der Stromspiegel ist von den Transistoren T 11 und T 12 und den Widerständen R 11 und R 12 gebildet. Die Zenerdiode ZD 12 bereitet die notwendige Hilfs­ spannung UV. Diese Hilfsspannung beträgt etwa 10-11 V und ist unabhängig von der Betriebsspannung UB, die zwischen 12 und 60 V betragen kann. Die Transistoren T 13 und T 14 mit den Widerständen R 13 und R 14 sind an den Stromspiegel aus den Transistoren T 11 und T 12 gekoppelt und liefern zusammen mit den Widerständen R 110 und R 113 oder mit dem Leistungstransistor LT 2 bzw. LT 4, wenn einer der letzten durchgesteuert wird, sie den Ladestrom für die Kondensatoren C 11 und C 12.

Wenn der Optokoppler OK 1 oder der Optokoppler OK 3 durchgesteuert wird, wird die Source-Elektrode des Leistungstransistors LT 1 oder LT 3 über einen sehr kleinen Widerstand, der im allgemeinen kleiner als 0,25 Ohm ist, mit der Drain-Elektrode des entsprechenden Leistungstransistors verbunden. Da die Drain-Elektrode der Leistungstransistoren LT 1 und LT 3 mit der positiven Klemme UB+ der Betriebsspannung UB verbunden und die negative Kondensator-Elektrode durch den kleinen Widerstand des durchgesteuerten Leistungstransistors mit der Drain-Elektrode verbunden ist, erhält die positive Kondensator-Elektrode eine Spannung, die ca. 10 V positiver ist, als die positive Klemme UB+ der Betriebsspannung UB. Damit sich die Kondensatoren C 11 und C 12 nicht durch die in diesem Moment in Durchlaßrichtung übergehenden Collector-Basis-Übergänge der Transistoren T 13 und T 14 entladen, sind die Dioden D 11 und D 12 angeordnet. Durch die Leistungstransistoren werden somit die positiven und negativen Zeit-Impulse verstärkt und an den Ausgang A 1 und A 2 gegeben.

Die Impulsverstärkerstufe VER ist erfindungsgemäß eine elektro­ nische Überlastungsschutzschaltung (ÜSS) zugeordnet, die von einer integrierten Schaltung gebildet sein kann, die einen Komparator KOM 1 enthält. Der Komparator OM 1 erhält an seinem nichtinvertierenden Eingang 3 eine Spannung in der Größenordnung von 0,4 V, die durch einen Spannungsteiler bestimmt wird, der aus den Widerständen R 17, R 18 und R 19 gebildet ist. An seinem invertierenden Eingang 2 erhält der Komparator durch die Spannungsteiler aus den Widerständen R 115 und R 118 eine Spannung von etwa 0,2 V, die mit dem Spannungsabfall des Linienstroms (IE) am Widerstand R 119 ergänzt wird. Bei einem Linienstrom, der kleiner als 2 A ist, ist die Spannung am invertierenden Eingang 2 des Komparators kleiner als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang 3. Der Open-Collector-Transistor im Ausgang des Komparators ist nicht leitend und der Widerstand R 114 verbindet die Kathoden der Dioden D 13 und D 14 mit der Hilfsspannung von 10 V. Die reguläre Arbeitsweise der Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 wird hierdurch nicht beeinflußt.

Wenn der Linienstrom (IE) den maximal zulässigen Wert von 2 A überschreitet, wird die Spannung am invertierende Eingang 2 positiver als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang. Der Komparator schaltet um und der Open-Collector-Transistor an seinem Ausgang wird leitend. Durch die Dioden D 13 und D 14 werden die Gate-Elektroden durch den Komparator mit der Masse, d. h. mit der negativen Klemme UB- der Betriebsspannung UB, verbunden. Hiermit wird der Linienstrom, der den Wert 2 A über­ schritten hat, unterbrochen. Über die Dioden D 15 und D 16 wird die Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators auf ca. 30 mV reduziert. Da die Spannung an den invertierenden Eingang des Komparators durch den Spannungsteiler aus R 115 und R 118 ca. 0,2 V beträgt (der Spannungsabfall am Widerstand R 119 ist 0, da die Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 gesperrt sind) bleibt der Komparator in diesem Zustand. Der Kondensator C 114 beschleunigt den Umkippvorgang bei dem Komparator. Damit bei einem Kurzschluß der Strom durch die Leistungstransistoren LT 1-LT 4 nicht einen unzulässig hohen Wert bekommt, bevor die Leistungstransistoren gesperrt werden, ist eine Induktivität L 1 in die Leitung zur Ausgangsklemme A 1 eingefügt. Bei einem Kurzschluß steigt der Kurzschlußstrom bei beispielsweise 60 V Betriebsspannung und geeigneter Dimensionierung der Induktivität L 1 (40 µmH) mit etwa 1,5 A pro µs. Hiermit kann der Kurzschluß­ strom in den wenigen µs, in denen der Komparator die Leistungs­ transistoren LT 2 und LT 4 sperrt, nicht einen unzulässigen Wert erreichen.

Ferner sind den beiden Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 je ein Widerstand R 116 und R 120 zugeordnet. Damit wird erreicht, daß bei der Unterbrechung des Linienstroms im Normalzustand am Ende der Minuten- oder der Sekundenimpulse, also der Zeit-Impulse, keine Spannungsspitzen durch die Induktivität L 1 entstehen können und andere Leitungen gestört werden. Die beiden Widerstände sind hochohmige Widerstände, beispielsweise im 5 Meg-Ohm Bereich. Sie und die parasitäten Kapazitäten der Gate-Source-Elektroden der Leistungstransistoren LT 2 und LT 4 mit etwa einer Kapazität von 1 nF bewirken einen langsamen Anstieg und Abfall der Spannung an den Gate-Source-Elektroden und hiermit des Linienstroms. Die auf etwa 2 A/ms reduzierte Geschwindigkeit der Stromänderung verursacht bei normalem Betrieb am Anfang und Ende der Stromimpulse auf der Uhren- Impuls-Linie eine vernachlässigbare Spannung an der Induktivität L 1 von weniger als etwa 0,1 V. Die Anstiegs- und Abfallflanken der Sekunden- oder Minutenimpulse auf der Impulslinie mit der Dauer von wenigen Millisekunden sind ebenfalls vernachlässigbar.

Ein Umkippen des Komparators bei Überlastung bringt den Open- Collector-Transistoren im Ausgang in den leitenden Zustand. Durch den Widerstand R 123 am Emitter des Transistors T 17, der mit der Basis an der Hilfsspannung von 10 V angeschlossen ist, fließt Strom, der die den Fehlzustand signalisierende Leuchtdiode LD 1 zum Aufleuchten bringt. Im abgeschalteten Zustand hat der nicht invertierende Eingang des Komparators KOM 1, wie schon erläutert, die Spannung von ca. 30 mV. Am invertierenden Eingang beider Komparatoren beträgt die Spannung etwa 0,2 V. Die Rücksetzung der Impulsverstärkerstufe VER in den normalen Betrieb erfolgt durch Anschalten des entladenen Kondensators C 15 parallel an dem Widerstand R 118 durch den Taster S 1. Wenn der Kurzschluß auf der Impulslinie behoben ist, bekommt der Komparator an seinem nicht invertierenden Eingang eine positivere Spannung als an seinem invertierenden Eingang. Er kippt um, und der normale ursprüngliche Betriebszustand wird wieder hergestellt. Ist jedoch der Kurzschluß nicht behoben, so entsteht gleich nach dem Tastendruck des Tasters S 1 am Widerstand R 119 eine Spannung, die durch den wachsenden Kurzschlußstrom hervorgerufen wird, und der Komparator wird wieder in den Zustand versetzt, bei dem die Leistungstran­ sistoren LT 2 und LT 4 gesperrt sind. Die Versorgungsspannung für den Komparator wird von dem Transistor T 16 und dem Kondensator C 13 geliefert.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Eingangsschaltung ES 1 dargestellt, welche eine störsichere Impuls-Eingangs- und Regenerierschaltungsanordnung bildet. Die Unempfindlich­ keit gegen Störimpulse und verzerrte Eingangssignale wird durch eine zeitliche Integration der Eingangssignale ge­ wonnen, wie dies anhand der Fig. 2 schon erläutert wurde. Der Eingang der Eingangsschaltung ES 1 weist Eingangsklemmen E 0-E 5 auf. Durch die Widerstände R 1-R 5 am Eingang wird die Eingangsspannung UL der Zeitimpulse in einen Strom IE, den Eingangs- oder Linienstrom umgesetzt. Bei positiven Zeit-Impulsen wird der Eingangsstrom IE durch den Stromspiegel, der aus dem Transistor T 1, dem Transistor T 2 den Widerständen R 6 und R 7 gebildet ist, zu dem Kondensator C 1 geführt. Wenn die Spannung am Kondensator C 1 den halben Wert der Versorgungs­ spannung VDD unterschreitet, ändert sich der Zustand am Ausgang des am Kondensator angeschlossenen Gatters G 1, das gleichzeitig auch ein Schmitt-Trigger ist (CMOS-Schaltkreis 4093), von einer logischen "0" auf eine logische "1" und über das Gatter G 2 wird das Monoflop MF 1 gestartet. Wie anhand der Fig. 2 schon erläutert, startet die negative Flanke am Ende des 0,1- s-Impulses des Monoflops MF 1 das nachgeschaltete Monoflop MF 2, das einen Impuls mit der Dauer von 2 s liefert. Dieser Impuls erzeugt über den Widerstand R 14 und die Anschlußklemme O 4 in den Leuchtdioden der Optokoppler OK 2 und OK 3 ein Lichtsignal für die Impulsverstärkerstufe VER gemäß der Fig. 5. Dabei ist eine Stromstärke von 0,5 mA ausreichend, um die Fototransistoren der Optokoppler OK 2 und OK 3, die in den Gate-Kreisen der Leistungstransistoren LT 2 und LT 3 angeordnet sind, in den leitenden Zustand zu versetzen. Die Leistungstransistoren LT 2 und LT 3 werden auch leitend und am Ausgang für die Impulslinien erscheint an den Klemmen A 1 und A 2 ein positiver Minutenimpuls mit der Dauer von 2 s.

Wie in Fig. 6 ersichtlich, fließt der von einem negativen Impuls am Eingang der störsicheren Eingangsschaltung ES 1 erzeugte Strom über den Widerstand R 8, den Transistor T 3 und lädt den Kondensator C 2 auf. Wenn die Spannung am Eingang des Gatters G 3, das gleichzeitig ein Schmitt-Trigger ist (CMOS- Schaltkreis 4093) das am Kondensator C 2 angeschlossen ist, unter den halben Wert der Versorgungsspannung VDD sinkt, ändert das Gatter G 3 über das Gatter G 4 sein Ausgangssignal von einer logischen "0" auf eine logische "1". Damit wird in diesem Fall das Monoflop MF 3 für die Zeit von 0,1 s gestartet. Der Ausgangs­ impuls des Monoflops MF 3, der am Abgriff abgenommen wird, bringt den im Eingangskreis befindlichen Feldeffekttransistor T 5 in den leitenden Zustand, der nun den Kondensator C 1 entlädt. Die negative Flanke am Ende des 0,1-s-Impulses am Ausgang des Monoflops MF 3 startet das nachgeschaltete Monoflop MF 4, das den nächsten Minutenimpulsen mit der Dauer von 2 s erzeugt. Über den Widerstand R 13 und die Klemme O 2 werden die Leuchtdioden in den Optokoppler OK 1 und OK 4 in der Impulsverstärkerstufe VER gemäß der Fig. 5 zum Leuchten gebracht, so daß während der Zeit von 2 s ein Strom von etwa 0,5 mA fließt. Dadurch werden die Fototransistoren der Optokoppler OK 1 und OK 4 leitend und somit die Leistungstransistoren LT 1 und LT 4 in den leitenden Zustand geschaltet, so daß am Ausgang der Impulsverstärkerstufe (VER) an der Klemme A 2 ein negativer Minutenimpuls erscheint.

Beim nächsten positiven Impuls am Eingang der störsicheren Eingangsschaltung ES 1 erfolgt wieder die Aufladung des entla­ denen Kondensators C 1 bis das Monoflop MF 1 anspricht. Der vom Monoflop MF 1 erzeugte 0,1-s-Impuls entlädt über den Transistor T 4 den Kondensator C 2, mit der negativen Flanke am Ende seines 0,1-s-Impulses am Ausgang des Monoflops MF 1 startete das nachgeschaltete Monoflop MF 2 und der Vorgang wiederholt sich. Bei Sekundenbetrieb startet das Eintreffen eines positiven Impulses das Monoflop MF 1, wobei der noch andauernde Impuls vom Monoflop MF 4 durch den 0,1-s-Impuls des Monoflops MF 1 unterbrochen wird. Entsprechendes geschieht beim Eintreffen eines negativen Impulses, wobei der am Ausgang des Monoflops MF 2 noch anstehende Impuls durch das Monoflop MF 3 unterbrochen wird. Auf diese Weise wird beim Sekundenbetrieb die benötigte Reihenfolge von 0,9 s positiver Impulse - 0,1 s Pause - 0,9 s negative Impulse - 0,1 s Pause erreicht. Derselbe Vorgang der Kürzung der Impulse der beiden Monoflops MF 2 und MF 4 erfolgt beim sogenannten Schnellauf zum Nachstellen der Uhrlinie. Bei einer Pulsfrequenz von 2 Impulsen pro Sekunde entsteht am Ausgang A 1, A 2 des Impulsverstärkers bzw. der Impulsverstärkerstufer VER folgende Impulsfolge: 0,4 s positiver Impuls, 0,1 s Pause, 0,4 s negativer Impuls; 0,1 s Pause.

Die Stromversorgung der in Fig. 6 beschriebenen Eingangs­ schaltung ES 1 wird von der Stromversorgung der Impulsverstärker­ stufe abgeleitet, nämlich über die Klemme UB- und Klemme UV, an der eine Versorgungsspannung anliegt, die über den astabilen Multivibrator AM 1 und den nachgeschalteten Transformator TR 1 die Eingangsschaltung ES 1 mit Strom versorgt. Mit dem Transformator TR 1 ist eine galvanische Trennung der Stromversorgung sichergestellt. Der Kondensator C 10 und der Widerstand R 15 bestimmen die Schaltfrequenz des astabilen Multivibrators AM 1, die beispielsweise ca. 70 kHz betragen kann. Die Wechsel­ spannung an der Sekundärseite des Transformators TR 1 wird mit der Gleichrichterschaltung GL 1 gleichgerichtet und durch den Kondensator C 7 gesiebt, so daß die gleichgerichtete Spannung an den Anschlußpunkten VDD und VSS ansteht, die die Versorgungsspannung für die Eingangsschaltung ES 1 liefern. Der astabile Multivibrator AM 1 weist noch zwei Kondensatoren C 8 und C 9 auf, die die Störwirkung des astabilen Multivibrators reduzieren.

Mit dieser erfindungsgemäßen Eingangsschaltung ES 1 wird eine Unempfindlichkeit gegen Störimpulse und Verzerrungen der Eingangsimpulse und eine entsprechende Regenerierung erreicht. Das hat den Vorteil, daß große Reichweiten für eine ungestörte Übertragung der Zeit-Impulse (Minuten-, Sekunden- und Einstellimpulse) erreicht wird.

Claims (7)

1. Impulsverstärker für die Zeitdiensttechnik, insbesondere Uhrenanlagen, wobei für die Uhrensteuerung positive und negative Zeit-Impulse auf einer Zweidrahtleitung (Impulslinie) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsverstärker eine an die Impulslinie (IL) anpaßbare Eingangsschaltung (ES 1, ES 2, ES 3) aufweist, der für die positiven und negativen Zeit-Impulse (ZI _p , ZI _n ) jeweils eine galvanische Trennstufe nachgeschaltet ist, die von Optokopplern (OK 1, OK 3; OK 2, OK 4) gebildet ist, daß den Opto­ kopplern (OK 1-OK 4) eine Impulsverstärkerstufe (VER) mit jeweils einem Eingang für die positiven und negativen Zeit-Impulse nachgeschaltet ist, daß die Impulsverstärker­ stufe einfache Leistungs-MOS-Transistoren (LT 1-LT 4) aufweist, die von den Optokopplern (OK 1-OK 4) angesteuert werden, und in einer Brückenschaltung angeordnet sind, daß die Leistungstransistoren (LT 1-LT 4) unabhängig von der Betriebsspannung (UB), die einen Wert von 12-60 V aufweisen kann, betrieben werden, wobei die Leistungstransistoren (LT 1- LT 4) mit einer Hilfsspannung (Gate-Source-Aussteuerungs­ spannung) beaufschlagt sind, die ca. 10 V beträgt, und daß den Leistungstransistoren (LT 1-LT 4) eine schnellansprechende Überlastungsschutzschaltung (ÜSS) zugeordnet ist.

2. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (ES 1) von einer störsicheren Impuls- Eingangs- und Regenerierungsschaltungsanordnung gebildet ist, die für die positiven und negativen Zeit-Impulse (ZIp, ZIn) jeweils einen Integrator (I 1 bzw. I 2), diesem nachgeschaltet einen Schmitt-Trigger (ST 1 bzw. ST 2), diesem nachgeschaltet ein erstes und ein nachgeordnetes zweites Monoflop (MF 1 u. MF 2 bzw. MF 3 u. MF 4) aufweist, wobei einerseits der Ausgangs­ impuls des ersten Monoflops (MF 1) für die positiven Zeit-Impulse (ZIp) den Integrator (I 2) und das zweite Monoflop (MF 4) für die negativen Zeit-Impulse (ZIn) zurücksetzt.

3. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (ES 2) als linienspannungsunabhängige Schaltungseinrichtung für einen Linienspannungs (UL)- Bereich von ca. 12 V-60 V ausgebildet ist, die für die positiven und negativen Zeit-Impulse (ZIp, ZIn) jeweils einen Stromgenerator mit einem Transistor (T 1 bzw. T 2) mehreren Dioden (D 1, D 2, D 6 bzw. D 3, D 4, D 5) und einer Zenerdiode (ZD 1 bzw. ZD 2) aufweist und einen Stromimpuls generiert, wenn die eingehenden Zeit-Impulse einen vorgegebenen Wert (Spannungs- Impulswert z. B. 8 V) überschreiten.

4. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (ES 3) für einen Anschluß an ein Steuer­ gerät mit C MOS-TTL- oder Open-Collector-Ausgängen ausgebildet ist, wobei die Schaltung jeweils nur einen Längswiderstand (R 1, R 2) aufweist.

5. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastungsschutzschaltung (ÜSS) von einem Komparator (KOM 1) gebildet ist, dem die Spannungen, die den in der Verstärkerstufe fließenden Strömen und die dem Linien­ strom proportional sind, zugeführt werden, wobei bei Kurz­ schluß oder Überlastung der Verstärker abschaltet.

6. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung mittels eines Stromgenerators (T 25, R 25, R 26, ZD 21) und einer Stromspiegelschaltung (T 21, T 22, R 21, R 22, ZD 22) aus der Betriebsspannung (UB) erzeugt wird.

7. Impulsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsstufe mit einfachen, preiswerten N-Kanal-Leistungs- MOS-Transistoren ausgestattet ist (LT 1 bis LT 4), wobei die Leistungstransistoren (LT 1 und LT 3), die eine um ca. 10 V positivere Aussteuerspannung als die Betriebsspannung (UB+) aufweisen, mittels aufladbaren Kondensatoren (C 11 bzw. C 12) ausgesteuert werden, welche über zusätzliche Schaltelemente (T 12, D 11, ZD 13, R 13, R 110 bzw. T 4, D 12, ZD 14, R 14, R 113) aufgeladen gehalten werden.