DE1088098B - Einheitsgatter als Baustein fuer kontaktlose Steuereinrichtungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für die Steuerung von industriellen Anlagen, Werkzeugmaschinen usw. sind heute vielfach noch Relais und Schützsteuerungen gebräuchlich. Die Vielzahl der dabei laufend zu betätigenden Kontakte hat jedoch immer wieder Betriebsstörungen verursacht, so daß man sich bereits seit längerer Zeit mit dem Problem beschäftigt, die Relais durch kontaktlos arbeitende Elemente zu ersetzen.

Für den Aufbau von Steuerungen mit Relais sind im wesentlichen Hintereinanderschaltungen und Parallelschaltungen von Arbeits- bzw. Ruhekontakten sowie selbsthaltende Relais und Zeitglieder erforderlich. Grundsätzlich gibt es bei Relaiskontakten nur zwei Stellungen, nämlich »ein« und., »aus«, während Zwischenwerte, wie sie bei Regeleinrichtungen vorliegen, nicht vorkommen. Man kann die Arbeitsweise der Schützsteuerungen in ihre einzelnen Funktionen zerlegen und diese zu der Arbeitsweise der Bauteile von Rechenmaschinen mit fünf logischen Grundfunktionen in Analogie bringen. Diese sind im einzelnen:

Einheitsgatter als Baustein
für kontaktlose Steuereinrichtungen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke,

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Helmut Schwab, Pasadena, Calif. (V. St, Α.), ist als Erfinder genannt worden

Mathematische Funktionen	Relaissteuerung
Und	Reihenschaltung von Arbeits
	kontakten
Oder	Parallelschaltung von Arbeits
	kontakten
Nicht	Ruhekontakt
Gedächtnis	Selbsthaltung
Zeit	Zeitrelais

Von dieser Analogie ausgehend kann man aus ruhenden kontaktlosen Elementen Steuerungen aufbauen. Zur Darstellung der magnetischen Funktionen können Schaltungen unter Verwendung von Dioden und Verstärkerelementen dienen, die in Anlehnung an die bekannten Schaltungen der Schwachstromtechnik als Gatter bezeichnet werden. Im folgenden seien Grundschaltungen für die fünf Grundfunktionen näher betrachtet.

Fig. 1 zeigt- das Undgatter. Die logische Funktion »Und« bedeutet, daß nur dann ein Signal weitergeleitet wird, wenn an sämtliche Zuleitungen' α und b und c ... und η Signal gegeben wird. Wie aus Fig. 1 a ersichtlich, wird sie bei Relais Steuerungen durch die Hintereinanderschaltung von Arbeitskontakten α- bis η dargestellt. Der Ausgang ist der Arbeitskontakt A eines Schützes, dessen Erregerwicklung-von den, »Einganskontakten« gesteuert wird.

Fig. Ib zeigt ein mit Dioden ausgeführtes Undgatter. Jedem Eingang ist hierbei eine Diode 1 zugeordnet, während der Ausgang ^! über einen Widerstand 2 mit negativem Potential verbunden ist. In dieser Schaltung bedeutet »Eingangssignal« das Anlegen von —24 V an den Eingang· (α bis»), »kein Eingangssignal« das Anlegen von Erdpotential(0 V). Wenn nur einer der Eingänge auf dem Potential O¹ V liegt, so hat auch der Verzweigungspunkt P₁ das Potential 0 V, so daß am Ausgang kein Signal erscheint Nur wenn sämtliche Dioden 1 durch Anlegen einer negativen Spannung an die einzelnen Eingänge gesperrt sind, tritt auch am Ausgang das Signal — 24 V auf. Fig. Ic zeigt ein für das Undgatter vorgeschlagenes Schaltungssymbol.

Die Steuerfunktion »Oder« bedeutet, daß ein Signal dann, weitergeleitet wird, wenn an einen beliebigen Eingang α oder b oderc .. . oder η ein Signal gegeben wird. Fig. 2 zeigt die entsprechenden Elemente. In Fig. 2 a ist die Ausführung einer Oderfunktion mit Relais- bzw. Schützkontakten dargestellt. Die Parallelschaltung von: Arbeitskontakten α bis η erfüllt, .wie ohne weiteres ersichtlich, die Oderbedingung.

Fig. 2 b zeigt das entsprechende kontaktlose Element. Der Ausgang A ist über ,einen Widerstand 3 mit dem Erdpotential verbunden. Wenn ein beliebiger der Eingänge α. bis η Signal erhält (—24 V), so· entsteht dieses Signal auch am Ausgang. Den Eingängen können zur Entkopplung Dioden wie in Fig. 1 b, jedoch mit umgekehrter Durchlaßrichtung·, zugeordnet sein. Ein vorgeschlagenes Schaltungssymbol für das Odergatter zeigt Fig. 2 c.

Die Steuerfunktion »Nicht« bedeutet, daß dann ein Signal abgegeben wird, wenn am Eingang kein ,Signal vorhanden ist, und umgekehrt. In Fig. 3 ist die Nicht-

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schaltung dargestellt, und zwar in Fig. 3 a die mit Charakters vor, so daß der besondere Löscheingang /

einem Relais arbeitende. Das Schütz hat einen. Ruhe- erforderlich ist.

kontakt A, der geöffnet wird, sobald am Eingang ein Die »Zeit«-Funktion bedeutet, daß nach Eintreffen

Signal vorhanden ist, d.h. der Kontakt α geschlossen eines beliebig langen Eingangssignals nur während

wird. .5 einer gewissen Zeit T ein Ausgangssignal abgegeben

Die entsprechende kontaktlose Schaltung nach wird. Fig. 5 zeigt die entsprechenden Schaltungen. Fig. 3 b enthält einen Transistor 4 mit dem Kollektor- Bei Relaissteuerungen wird gemäß Fig. 5 a ein Zeitwiderstand 5 und zwei Eingangswiderständen 6 und 7. relais beliebiger Konstruktion verwendet, das nach Wenn am Eingang α Signal vorhanden ist, wird der Betätigen des Kontaktes α erregt wird und über seine Transistor leitend, so daß die gesamte Spannung am io Eigenzeit den Kontakt^ schließt.
Kollektorwiderstand5 steht und am Ausgang^ das Eine kontaktlose Schaltung ist in Fig. 5b darge-Potential OV herrscht. Dies ist nach früherem gleich- stellt. Sie besteht aus einem Nichtgatter nach Fig. 3b bedeutend mit dem Nichtvorhandensein eines Aus- zur Signalumkehr, wobei die Bezugszeichen aus gangssignals. Fehlt jedoch das Eingangssignal, so Fig. 3b übernommen wurden. Über einen Kopplungssperrt der Transistor, und das Potential —24 V er- 15 kondensator 18 wird das Ausgangssignal des Nichtscheint am Ausgang A. Um die Sperrung des Trap- garters der Basiselektrode eines Transistors 19 zugesistors sicherzustellen, ist die Basiselektrode über den führt, dessen Kollektorwiderstand 20 zwischen dem Widerstand? an das Potential +24V angeschlossen. Ausgang^ und dem Potential —24V liegt. Ferner Das vorgeschlagene Schaltungssymbol für das Nicht- ist noch ein Widerstand 21 vorgesehen, über den der gatter zeigt Fig. 3 c. 20 Transistor 19 einen Steuerstrom erhält.

Die Steuerfunktion »Gedächtnis« bedeutet, daß Solange am Eingang α kein Signal vorhanden ist, nach Auftreten eines Eingangssignals ein Ausgangs- ist der Transistor 19 leitend, so daß auch der Aussignal abgegeben wird, das auch nach Verschwinden gang^4 kein Signal führt. Bei Anlegen eines Signals des Eingangssignals für beliebige Zeit bestehenbleibt, an den Eingang α wird der Transistor 4 leitend, so bis über einen anderen Eingang das Gedächtnis ge- 25 daß sein Kollektorpotential plötzlich von —24 V auf löscht wird. Entsprechende Schaltungen sind in Fig. 4 OV springt. Dieser positive Stoß wird vom Kondendargestellt. Die Relaisschaltung zeigt Fig. 4 a. Der sator 18 an die Basis des Transistors 19 weiter- »Speichereingäng« ist mit e bezeichnet, der »Lösch- geleitet, so daß dieser gesperrt wird und am Auseingang¹« mit /. Bei Betätigung des Kontaktes e spricht gang A Signal erscheint. Mit einer Zeitkonstante, die das Schütz an und schließt seinen Selbsthaltekontakts, 30 gleich dem Produkt des Widerstandes 21 und der so daß es so lange erregt bleibt, bis der Kontakt L ge- Kapazität 18 ist, wird der positive Stoß abgebaut, so öffnet wird. Der Ausgang des Gedächtnisses kann daß nach bestimmter Zeit der Transistor 19 wieder entweder ein Ruhekontakt oder ein Arbeitskontakt leitend wird und das Ausgangssignal verschwindet, sein, wie in Fig. 4 angedeutet. Ein vorgeschlagenes Schaltungssymbol zeigt Fig. 5 c.

Die entsprechende kontaktlose Schaltung gemäß 35 In Fig. 5 d ist der Potentialverlauf an einzelnen Fig. 4b ist im wesentlichen eine bistabile Transistor- Punkten der Schaltung als Funktion der Zeit dargekippschaltung, wie sie an sich bekannt ist. Sie besteht stellt, und zwar von oben nach unten Eingangsspanaus zwei Transistoren 8 und 9, deren Emitter an das nung, Kollektorspannung des Transistors 4, Basis-Potential 0 V gelegt ist, während die Kollektoren spannung des Transistors 19 und Ausgangsspannung, über Widerstände 10 und 11 am Potential —24 V 40 Fig. 5d ist nach den obigen Erläuterungen ohne weiliegen. In Analogie zum Nichtgatter sind Eingangs- teres verständlich.

widerstände 12 und 13 für den Speicher- bzw. Lösch- Bei der näheren Untersuchung von Steuerproblemen

eingang vorgesehen, während über Widerstände 14 erkennt man, daß die oben gegebenen Definitionen des

und 15 die Basiselektroden der Transistoren eine Gedächtnisses und der Zeitschaltung noch nicht alle

positive Vorspannung erhalten, die sie gesperrt hält. 45 möglichen Betriebszustände erfassen. Wie aus Fig. 4b

Zwischen Eingang und Ausgang sind noch Rückkopp- ersichtlich, hat die Gedächtnisschaltung zwei Ein-

lungswiderstände 16 und 17 geschaltet. gänge, und zwar einen Speichereingang und einen

Tritt am Eingang e Signal auf, so wird der Tran- Löscheingang. Man kann das Gedächtnis so schalten, sistor 8 leitend, dadurch sinkt die Spannung am Aus- daß zur Löschung ein Signal am Löscheingang aufgang Ä auf etwa OV. Damit verschwindet der Steuer- 50 treten muß oder aber daß das Verschwinden des Sistrom für den Transistor 9, der über den Widerstand gnals am Löscheingang die Löschung bewirkt. Dies 17 floß, sofern am Löscheingang I kein Signal Hegt. sei an Hand der Fig. 6 näher erläutert, die Gedächt-Da am nunmehr gesperrten Transistor 9 die Speise- nisschaltungen mit Relaiskontakten zeigt. Die Gespannung abfällt, führt der Ausgang^ das Signal dachtnisschaltung nach Fig. 6a kann nur dann spei-—24 V und liefert über den Widerstand 16 einen 55 ehern, wenn der »Löscheingang« Signal hat, d. h. der Steuerstrom an den Transistor 8, der ihn auch nach Kontakt h geschlossen ist. Dagegen speichert die Fortfall des Eingangs geöffnet hält. Der Ausgang^ Schaltung nach Fig. 6b nur dann, wenn der »Löschentspricht somit dem Arbeitskontakt, der Ausgang Ä eingang« kein Signal hat, d. h. der Ruhekontakt I gedem Ruhekontakt in der Schaltung nach Fig. 4a. schlossen ist. Der Schaltung nach Fig. 6b entspricht

Ein Signal an I löscht das Gedächtnis, indem es die 6° eine kontaktlose Schaltung nach Fig. 7, die eine Ge-Schaltung in die entgegengesetzte Ruhelage kippt. dächtnisschaltung mit Haltefunktion darstellt. Der Die Gedächtnisschaltung liefert also nicht nur eine Schaltung nach Fig. 6 a entspricht eine kontaktlose Speicherung des Eingangssignals, sondern erfüllt zu- Schaltung nach Fig. 4b, das ist eine Gedächtnisgleich auch die »Nicht«-Funktion. Ein vorgeschla- schaltung mit Löschfunktion.

genes Schaltungssymbol für das Gedächtnis zeigt 65 Außerdem ist es möglich, daß sowohl das Eingangs-

Fig. 4c, wobei mehrere Eingänge angedeutet sind. signal als auch das Löschsignal gleichzeitig vorliegen.

Im übrigen wäre es auch möglich, das Gedächtnis Da eine Gedächtnisschaltung zwei Ausgänge besitzt

durch Anlegen einer positiven Spannung an den (vgl. Fig. 4b), so ergeben sich für gleichzeitiges Vor-

Speichereingang e zu löschen.. In der Regel liegen je- handensein von Eingangs- und Löschsignal folgende

doch in Steuerungen nur 'Signale ein und desselben 7° Möglichkeiten für die beiden Ausgänge:

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1. Das Eingangssignal überwiegt das Löschsignal. Zeit Ty beendet, so¹ erscheint am Ausgang überhaupt Die entsprechende Relaisschaltung zeigt Fig. 6b. kein Signal. Die Rücklaufzeit beim Ende des Ein-

2. Das Löschsignal überwiegt das Eingangssignal. gangssignals soll möglichst kurz sein.

Die entsprechende Relaisschaltung zeigt Fig. 4 a. Eine Möglichkeit zur Darstellung eines Verzöge-

3. Eingangssignal und Löschsignal wirken je auf 5 rungsgliedes zeigt Fig. 13. Es besteht aus einem Zeiteinen Ausgang. Dies kann bei Gedächtnisschaltun- glied Z und einem Undgatter und arbeitet derart, daß gen auf Relaisbasis nicht auftreten, ist aber bei die beiden Eingänge des Undgatters vom Eingangsder grundsätzlichen kontaktlosen Gedächtnisschal- signal und vom komplementären Ausgangssignal i tung nach Fig. 4b gegeben. (»nicht Z«) des Zeitgliedes besetzt werden. Nach

Die genauere Untersuchung hat also gezeigt, daß io Ablauf der Zeit T des Zeitgliedes tritt dieses kompleder Ausgang ^4 nur beim normalen Arbeiten des Ge- mentäre Signal auf, und zwar als Potential von dächtnisses die mathematische Bedingung erfüllt, daß —24 V, da das eigentliche Ausgangssignal des Zeiter ein dem Signal des Ausganges A entgegengesetztes gliedes zu diesem Zeitpunkt verschwindet.
Signals führt. Das gleichzeitige Eintreffen von Ein- Beim Aufbau von kompletten Steuerungen tritt gangssignal und Löschsignal verursacht jedoch, daß 15 meist die Notwendigkeit auf, mehrere Gatter hintersowohl der Ausgang A als auch der Ausgang Ä kein einanderzuschalten. Dies ist bei den bisher besproche-Signal führen, und verlangt daher besondere Auf- nen Und- und Odergattern nur unter erheblichen merksamkeit. Schwierigkeiten möglich. In Fig. 14 ist die Hinterein-

Ein Gedächtnis mit Haltefunktion gemäß der Mög- anderschaltung von Grundgattern, angedeutet. Die lichkeit 1 kann man auch durch die Kombination 20 Arbeitswiderstände 3, 2 und 3' sind als gleich groß eines Oder- und eines Undgatters ersetzen, wie Fig. 8 angenommen. Wenn am Eingang e kein Signal vorzeigt. Diese Schaltung kann auf der Grundschaltung Hegt, sollte der Verzweigungspunkt P₂ über das Vender Boolschen Algebra noch weiter umgeformt wer- til 1 geerdet sein, so daß am Ausgang A_% und folglich den. Bekanntlich ist am Ausgang A_s kein Signal erscheint. Statt dessen _a . fr _ ~^^ 25 tritt jedoch eine Spannungsteilung zwischen den

Widerständen 3 und 2 auf, und am Ausgang erhält

Dies bedeutet, daß das gleichzeitige Vorhanden- man ein Signal von etwa—8 V. Liegt andererseits ein

sein der Signale α und b äquivalent ist dem Nichtvor- Signal am Eingang e vor, so findet eine Spannungs-

handensein entweder des Signals »nicht α« oder des teilung zwischen den Widerständen 2 und 3' statt, so

Signals »nicht b«. 3° daß am Ausgang statt —24 V nur —12 V auftreten.

Auf dieser Grundlage entsteht aus der Schaltung Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, müssen ent-

nach Fig. 8 entweder eine Schaltung aus zwei Oder- weder die jeweils nachfolgenden Gatter hochohmig

gattern (Fig. 9) oder aus zwei Undgattern (Fig. 10) gegen die vorhergehenden sein oder zwischen die

oder aus einem Und- und einem Odergatter (Fig. 11). Gatter Verstärker geschaltet werden.

Die Querstriche über den Signalen bedeuten hier 35 Die erste Lösung hat den grundsätzlichen Nachteil, wie im folgenden die »Nicht«-Funktion, d. h., das daß jedes einzelne Gatter individuell gefertigt werden Signal ist nicht vorhanden. Die Schaltungen nach den muß und bei der Hintereinanderschaltung mehrerer Fig. 8 bis 11 unterscheiden sich außer im Aufbau Gatter ein sehr hochohmiges Niveau erreicht wird,
darin, in welche Stellung sie beim Einschalten der Die letztere Lösung wurde daher in der Praxis beNetzspannung fallen. Nur die Schaltung nach den 40 vorzugt, obwohl sie verhältnismäßig großen Aufwand Fig. 11 fällt ohne Zusatzmaßnahmen in Ruhestellung. erfordert. Es ist beispielsweise bekannt, die Gatter Die Schaltung nach Fig. 8 fällt in Arbeitsstellung, bei unter Verwendung von magnetischen oder Transistorden Schaltungen der Fig. 9 und 10 ist die Anfangs- verstärkern aufzubauen, so daß eine Hintereinanderlage unbestimmt. schaltung beliebig vieler Gatter ohne weiteres möglich

Bei der schärferen Definition von Zeitschaltungen 45 ist. Aus Gründen der Platzersparnis wird man im allist es zweckmäßig, von den Aufgabenstellungen der gemeinen Transistoren vorziehen.
Praxis auszugehen. Im wesentlichen werden von Zeit- Auch derartige mit Verstärkerelementen versehene schaltungen zwei verschiedene Eigenschaften ver- Gatter sind noch mit einem wesentlichen Nachteil belangt, und zwar erstens Abgabe eines Signals für eine haftet. Die Gatter zur Erfüllung der einzelnen logibestimmte Zeit, zweitens Verzögerung eines Signals 5° sehen Funktionen haben nämlich einen verschiedenfür eine bestimmte Zeit. artigen Aufbau, obwohl ihr preislich und raummäßig

Die eigentliche Zeitfunktion ist bereits an Hand wesentlichster Bestandteil ein Verstärker ist. Es von Fig. 5 behandelt worden. Verschwindet das Ein- müssen daher die Gatter für die einzelnen Funktionen gangssignal vor Ablauf der Zeit T, so wird im all- je für sich auf Lager gehalten werden, und ein Ausgemeinen gewünscht, daß auch das Ausgangssignal 55 tausch untereinander ist nicht möglich,
gleichzeitig mitverschwindet. Es gibt jedoch auch Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Fälle, wo ein Anstoß des Zeitgliedes durch einen Im- Nachteil der bekannten Gatter mit Verstärkern zu puls gewünscht wird (vgl. die monostabilen Kipp- vermeiden · und eine'freizügigere Anwendbarkeit zu schaltungen). erreichen.

Bei der Verzögerung soll das Ausgangssignal erst 60 Die Erfindung bezieht sich auf ein Einheitsgatter nach der Zeit T nach Beginn des Eingangssignals vor- als Baustein für kontaktlose Steuerungen und ermöghanden sein und so lange dauern wie das Eingangs- licht es, mit ein und demselben Gatter verschiedensignal selbst. Eine Gegenüberstellung der eigentlichen artige logische Funktionen zu realisieren. Die Erfin-Zeitfunktion und der Verzögerungsfunktion zeigt die dung besteht darin, daß das Einheitsgatter eine Fig. 12, und zwar von oben nach unten das Eingangs- 65 Grundschaltung in Form einer Kippschaltung aus signal, die Zeitfunktion Z mit der Signalzeit T_z und zwei Transistoren mit Kollektor-, Basis- und Rückdie Verzögerungsfunktion V mit der Verzögerungs- kopplungswiderständen enthält, daß dieser Grundzeit T_v. Die gestrichelten Linien gelten für vorzeitiges schaltung umpolbare Dioden für die Erfüllung der Ende des Eingangssignals. Wird¹ bei der Verzöge- »Und«- bzw. »Oder«-Bedingung vorschaltbar sind rungsfunktion das Eingangssignal vor Ablauf der 70 und' daß das Gatter durch Auftrennung der Grund-

schaltung in den Eingangs-, Ausgangs- und Rückkopplungspfaden sowie Herausführen der Trennstellen an Lötösen, Steckerstifte od. dgl. mittels wahlweise einstellbarer Verbindungen für die gewünschte logische Funktion mit oder ohne Kippverhalten umschaltbar ist.

Obwohl es möglich ist, sämtliche fünf logischen Funktionen durch entsprechend abgewandelte Einheitsgatter zu erfüllen, kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Zeitglieder, die ja nur relativ wenig benötigt werden, aus dem einheitlichen Aufbau auszunehmen und ihnen eine besondere Schaltung zu geben, die alle in der Praxis auftretenden Anforde- rungen erfüllt. In diesem Fall dient das Einheitsgatter wahlweise zur Darstellung der Funktionen »Und«, »Oder«, «Nicht« bzw. »Gedächtnis«.

Aufbau und Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes seien im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In Fig. 15 ist die Schaltung des Einheitsgatters dargestellt. Es wird vorteilhaft in ein. Gehäuse eingebaut, beispielsweise in das bekannte !"-Relaisgehäuse mit Sockelstiften, so daß es einfach ausgewechselt werden kann. In Fig. 15 sind die Sockelstiftanschlüsse mit Kreisen versehen. Im Innern des Gehäuses wird man die einzelnen Schaltelemente auf Isolierplatten montieren, wobei feste Verbindungsleitungen in geätzter oder gedruckter Technik ausgeführt sein können. Nach der Erfindung ist die Schaltung in mehreren Punkten aufgetrennt und an Einzelkontakte geführt, die zur Erfüllung der jeweils gewünschten logischen Funktion in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch Löten geschehen, oder man kann, auch hierfür eine Steckerverbindung wählen. Beim Einbau in ein T-Relaisgehäuse wird im allgemeinen die Lötverbindung zweckmäßig sein, und die Auftrennungsstellen der Schaltung werden daher im folgenden als Lötösen bezeichnet.

Das Einheitsgatter nach Fig. 15 besteht im wesentliehen aus zwei Transistoren 101 und 102 mit den Kollektorwiderständen 103 und 104 und den Basiswiderständen 105 und 106. Am Eingang ist ein Widerstand 107 vorgesehen, während an das Potential —24 V ein Widerstand 108 angeschlossen ist. Am ^4S Ausgang liegt ein Widerstand 109. Ferner sind Basiswiderstände 110, 111 und 112 vorhanden. Schließlich liegt an der Basis des Transistors 101 eine Diodenschaltung aus zwei Ventilen 113 und 114. Die Gatterdioden sind mit 115, 116, 117 und 118, 119 und 120 bezeichnet, das Gatter hat also maximal sechs Eingänge α bis f, die an die Sockelstifte des Γ-Relaisgehäuses geführt sind. Ebenso sind auch die Kathoden der Dioden an Sockelstifte geführt. Die Lötösen sind in Fig. 15 mit I bis XIV bezeichnet.

In Fig. 16 sind die zur Erfüllung der einzelnen logischen Funktionen vorgesehenen Verbindungen der Lötösen I bis XIV dargestellt.·

Fig. 16 a zeigt die Verbindungen zur Herstellung eines Odergatters mit Kippverhalten. Dabei sind die Gatterdioden in der in Fig. 15 gezeigten Richtung eingeschaltet. Das Gatter besteht aus der Hintereinanderschaltung eines normalen Diodengatters und eines zweistufigen Transistorzwischenverstärkers mit Kippverhalten. Durch die Verbindung I-II-III sind die Anöden sämtlicher Dioden über den Eingangswiderstand 1Q7 und die Verbindungsleitung X-IX an die Basis des Transistors 101 gelegt Dorthin fließt über die Verbindung X-XI auch der zum Kippverhalten nötige Rückkopplungsstrom vom Widerstand 110. Die Verbindung XII-XIII koppelt den Transistor 102 über den Widerstand 112 an den Transistor 101.

Das Kippverhalten des Transistorverstärkers führt dazu, daß die Ausgangssignale im Gegentakt vom Ruhewert auf den Signalwert bzw. umgekehrt kippen, wenn das Eingangssignal über einen festzusetzenden Grenzwert ansteigt. Ein Rückkippen tritt erst bei Unterschreiten eines unteren Grenzbereiches ein, der im allgemeinen kleiner als der obere Grenzwert ist. Da demnach die Ausgangswerte einer hystereseähnlichen Kurve folgen, unterscheidet sich das Odergatter mit Kippverhalten von einer Gedächtnisschaltung praktisch nur durch die Lage der Grenzwerte der Kippcharakteristik.

Die Lötverbindungen zur Herstellung eines Odergatters ohne Kippverhalten sind in Fig. 16 b angedeutet. Das Kippverhalten eines Gatters ist nicht in allen Fällen nötig. Um eine gute Anpassung an alle praktisch vorkommenden Betriebsbedingungen zu erreichen, ist bei den. Einheitsgattern nach der Erfindung die Möglichkeit vorgesehen, durch Entfernen der Verbindung X-XI das Kippverhalten aufzuheben. Der Zwischenverstärker bekommt dann eine Kennlinie mit endlicher Steilheit des Überganges vom Signal Null zum Ausgangssignal. Nimmt das Steuersignal sprunghaft zu, so erhält man einen genügend raschen¹ Anstieg des *Ausgangssignals auch ohne Kippen. Dagegen sind Kippgatter vorteilhaft, wenn die Eingangssignalgeber ein stetig veränderliches Signal liefern, wie beispielsweise magnetische, optische und ähnliche Einrichtungen.

Durch die Schaltverbindungen gemäß Fig. 16 c und Umpolen der Dioden 115 bis 120 erhält man aus dem Einheitsgatter ein Undgatter mit Kippverhalten. Wie man durch Vergleich der Fig. 16 c mit der Fig, 15 erkennt, werden bei einem Undgatter die Durchlaßrichtungen sämtlicher Eingangsdioden umgekehrt. Die Verbindung I-VI legt die Widerstände 107 und 108 in Reihe. Die A^erbindung H-III-X bildet aus den Dioden 115 bis 120 und den Widerständen 107 und 108 ein Undgatter nach der früher bereits beschriebenen Schaltung (vgl. Fig. Ib). Dieses Undgatter ist über die Verbindung IV-X-XI an einen Transistorkippverstärker angeschlossen, wie oben beschrieben.

Man erkennt, daß als Gatterwiderstand eine Reihenschaltung der Widerstände 107 und 108 dient. Der Widerstand 107 ist derart dimensioniert, daß er auch bei stark vermindertem Eingangssignal ein sicheres Aussteuern des Odergatters gewährleistet. Würde man ihn beim Undgatter direkt an das Potential —24 V anschließen, so würde eine Übersteuerung des Transistors 101 eintreten. Um dies zu vermeiden, ist noch der Widerstand 108 vorgesehen.

Wünscht man das Undgatter ohne Kippverhalten, so wird gemäß Fig. 16 d die Verbindung X-XI aufgetrennt.

Für den Aufbau mancher Steuerungen ist es möglich, sogenannte halbe Odergatter zu verwenden, d. h. Odergatter mit einem nachgeschalteten einstufigen Transistorverstärker, der also nicht das Signal A, sondern wegen seiner phasendrehenden Wirkung das Signal Ä abgibt. Man benötigt in diesem Fall vom Einheitsgatter nur einen Transistor und kann den zweiten Transistor als Bestandteil eines Nichtgatters benutzen, erhält also aus einem einzigen Einheitsgatter zwei logische Funktionen, die getrennt voneinander erfüllt werden können.

Fig. 16 e zeigt die Schaltverbindungen für ein halbes Odergatter mit sechs Eingängen und einem zusätzlichen Nichtgatter. Zum Od'ergatter gehören die

Claims (13)

1. 9 10

   Verbindungen I-II-III und IX-X, während die Ver- lieh. sein. Diese Arbeitsweise wird durch Herstellen bindung XIII-XIV das Nichtgatter mit dem Tran- der Schaltverbindungen nach Fig. 16 k erzielt. Hiersistor 102 vervollständigt. Durch die fehlende Verbin- bei tritt die Diode 113 in Aktion, die mit dem Rückdung XII-XIII ist das Nichtgatter von dem halben kopplungswiderstand 111 zusammen ein Undgatter Odergatter völlig getrennt. Analog kann auch ein 5 bildet. Fehlt das Eingangssignal (die Haltefunktion) halbes Undgatter mit sechs Eingängen und ein zu- an der Kathode der Diode 113., ist diese also geerdet, sätzliches Nichtgatter gemäß Fig. 16 f gebildet werden. so bekommt der Transistor 101 keinen Rückkopp-Die Verbindungsleitungen entsprechen denen nach lungsstrom mehr, wodurch die Gedächtnisschaltung Fig. 16 d, mit dem Unterschied, daß statt der Ver- sofort in Ruhelage geht, wenn sie nicht durch ein bindungslei'tung XII-XIII eine Verbindung XIII-XIV io Speichersignal über den Widerstand 107 gehalten hergestellt ist. wird. Das Eingangssignal überwiegt also das Lösch-

   Unter Umständen sind auch sechs Eingänge bei signal.

   einem Gatter nicht erforderlich. Bei den meisten Andererseits kann es erwünscht sein, das Lösch-Gattern kommt man mit drei Eingängen aus. Man signal überwiegen zu lassen. Durch Schaltverbindunkann aus dem Einheitsgatter durch Zuordnung von je 15 gen gemäß Fig. 161 wird das Eingangsodergatter mit drei Eingangsdioden zu einem Transistor zwei von- der Verbindung X-IV statt X-IX an den Transistor einander unabhängige halbe Gatter bilden. Fig. 16 g 101 gekoppelt, so daß die Diode 113 auch gatterzeigt die Schaltverbindungen für zwei halbe Oder- mäßig auf den Eingang wirkt. Als Undgatterwidergatter mit je drei Eingängen. Dabei ist die Lötöse III stand für das Ventil 113 dient dabei die Parallelschalan die Lötöse VIII angeschlossen, d.h., die Dioden 20 tung von 107 und 111. 118 bis 120 sind dem Transistor 102 zugeordnet. Außerdem kann man" · durch Schaltverbindungen

   In ähnlicher Weise kann man ein halbes Odergatter gemäß Fig. 16m den sechs Eingängen die Eigen- und ein unabhängiges halbes Undgatter mit je drei schaft von Undgattern geben, falls dies steuerungstech-Eingängen durch Schaltverbindungen nach Fig. 16 h nisch erwünscht ist. Man erhält dann eine Gedächtherstellen. Durch die Verbindungen I-VI und IH-X 25 nisschaltung mit Haltefunktion, wobei das Lösch- und Umpolen der Dioden 118 bis 120 wird ein Und- signal das Eingangssignal überwiegt, und mit gatter mit drei Eingängen gebildet und an den Tran- Undgattereingang.

   sistor 101 angeschlossen. Durch die Verbindung Zur Darstellung von Zeitgliedern kann man eben-

   II-VIH bildet die restliche Diodengruppe mit dein falls das Einheitsgatter nach Fig. 15 verwenden und

   Transistor 102 ein halbes Odergatter. 30 es im Sinne der Fig. 5b durch einen Kondensator

   Eine Gedächtnisschaltung besteht, wie früher be- ergänzen, der vom Kollektor des Widerstandes 101 reits erwähnt, im wesentlichen aus einer bistabilen zur Basis des Widerstandes 102 gelegt wird. Der Kon-Kippschaltung. Die beim Einheitsgatter hierfür er- densator wird im allgemeinen außerhalb des Gehäuses forderlichen Schaltverbindungen zeigt Fig. 16 i. des Einheitsgatters unterzubringen sein. Man erhält Durch die Verbindungen XII-XIII und V-X-IV ist 35 aus dem Einheitsgatter eine monostabile Kippschaleine vollständige Kippschaltung gebildet. Die Ver- tung, deren Signalzeit einstellbar ist. Bei höheren bindung V-X schließt den Widerstand 110 kurz und Ansprüchen an die Anpassungsfähigkeit und Einstellmacht den gesamten Rückkopplungs widerstand ent- barkeit des Zeitgliedes kann es jedoch unter Umstänsprechend niederohmiger. Dadurch ändern sich die den günstiger sein, die Zeitvorgabe mit anderen Stabilitätsverhältnisse der Kippschaltung gegenüber 40 Schaltungen zu erreichen.

   denen bei den Gattern mit Kipp verhalten. Wenn die In Fig. 17 ist ein ausgeführtes Einheitsgatter nach

   Kippschaltung einmal ihre Arbeitslage¹ erreicht hat, so der Erfindung dargestellt. Es zeigen, die Fig. 17 a und

   genügt der über den verhältnismäßig niederohmigen 17 b eine Ansicht mit abgenommener Haube, 17 c die

   Rückkopplungswiderstand 111 fließende Rückkopp- Gesamtansicht. Die Lötösen I bis XI sind in Fig. 17 a

   lungsstrom, um den Transistor 101 auch bei Fortfall 45 oben, die Lötösen XII bis XIV in Fig. 17 b in der

   des Eingangssignals voll ausgesteuert zu halten. Die Mitte erkennbar. In Fig. 17 a sind ferner die Gatter-

   durch die Verbindungen nach Fig. 16i hergestellte dioden 115 bis 120 und in Fig. 17b die Dioden 113

   Schaltung entspricht im wesentlichen der Schaltung und 114 zu sehen. Die Transistoren sind zur Kühlung

   nach Fig. 16b, jedoch ist durch die Verbindungen in Blöcke aus Messing eingesetzt, wie insbesondere

   I-II und HI-VIII an jeden der Eingänge je eine 5o aus Fig. 17b ersichtlich.

   Gruppe von drei Dioden gelegt, so daß von drei un- Das Einheitsgatter nach der Erfindung gestattet

   abhängigen Zuleitungen her ein Eingangs- oder ein den Aufbau auch komplizierter Steuerungen mit kon-

   Löschsignal geliefert werden kann. taktlosen Elementen aus Gattern eines einzigen Typs,

   Es wird meist gefordert, daß Gedächtnisschal- die durch einfache Schaltverbindungen der jeweils tungen beim Einschalten der Netzspannung in Ruhe- 55 vorliegenden Aufgabe angepaßt werden. Dadurch ist lage sein sollen. Bei völliger Symmetrie der Schaltung eine Serienproduktion der Einheitsgatter und eine wäre die Wahrscheinlichkeit hierfür nur 50%. Die leichte Austauschbarkeit der Gatter auch unterein-Diode 114 bringt jedoch als zusätzlicher Schwellwert ander möglich, da dann lediglich die Verbindungen zum Transistor 101 eine Unsymmetrie in die Schal- der Lötösen entsprechend geändert werden müssen, tung, die durch verschiedene Bemessung der Wider- ^6o Da nur das Einheitsgatter auf Lager gehalten werden stände 105 und 106 vergrößert werden kann. Dadurch bzw. zu Ersatzzwecken verfügbar sein muß, wird daist trotz Exemplarstreuungen der Transistorkennwerte mit eine beträchtliche Verbilligung des Baues und Bedie Ruhelage beim Einschalten der Netzspannung ge- triebs derartiger kontaktloser Steuerungen erzielt.
   währleistet.

   Im früheren ist bereits der Unterschied von Lösch- 65

   und Haltefunktion für die Arbeitsweise einer Ge- Patentansprüche:
   dächtnisschaltung erläutert worden. Demgemäß arbeitet die eben besprochene Gedächtnisschaltung mit 1. Einheitsgatter, insbesondere in einem Ge-Löschfunktion. Für manche Steueraufgaben können häuse mit Sockelstiften für Eingänge, Ausgänge jedoch auch Gedächtnisse mit Haltefunktion erforder- 7° und Stromversorgungsanschlüsse, als Baustein für

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   kontaktlose Steuereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter eine Grundschaltung in Form einer Kippschaltung aus zwei Transistoren (101, 102) mit Kollektor- (103, 104), Basis- (105, 106) und Rückkopplungswiderständen (110 bis 112) enthält, daß dieser Grundschaltung umpolbare Dioden (115 bis 120) für die Erfüllung der »Und« bzw. »Oder«-Bedingungen vorschaltbar sind und daß das Gatter durch Auftrennung der Grundschaltung an den Eingangs-, Ausgangs- und Rückkopplungspfaden sowie durch Herausführen der Trennstellen an Lötösen, Steckerstifte od. dgl. (I bis XIV) mittels wahlweise einsetzbarer Verbindungen für die gewünschte logische Funktion mit oder ohne Kippverhalten umschaltbar ist.
2. 2. Einheitsgatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden mit einer Elektrode an je einen Sockelstift und mit der anderen Elektrode gruppenweise an je eine Lötöse angeschlossen sind. ao
3. 3. Einheitsgatter nach 'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Transistor ein Eingangswiderstand zugeordnet ist, dessen beide Klemmen an Lötösen angeschlossen sind.
4. 4. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung von zwei Rückkopplungswiderständen, die an einen Ausgang (Sockelstift) angeschlossen sind, während der dem Ausgang abgewandte Widerstand beidseitig mit Lötösen verbunden ist.
5. 5. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Rückkopplungswider stand, der an den anderen Ausgang (Sockelstift) und eine Lötöse angeschlossen ist.
6. 6. Einheitsgatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode beider Transistoren mit je einer Lötöse verbunden sind.
7. 7. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung von Dioden verschiedener Durchlaßrichtung, wobei beide Anoden und die gemeinsame Kathode an je eine Lötöse angeschlossen sind.
8. 8. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vorwiderstand, der zwischen der Speisespannungsklemme und einer Lötöse liegt.
9. 9. Einheitsgatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Speisespannung, Vorspannung und Bezugspotential über Sockelstifte zugeführt sind.
10. 10. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltverbindungen zur Darstellung eines Und- oder Odergatters mit oder ohne Kippverhalten.
11. 11. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltverbindungen zur Darstellung eines halben Und- oder Odergatters und eines Nichtgatters.
12. 12. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltverbindungen zur Darstellung von zwei halben Und- oder Odergattern mit der halben Zahl von Eingängen.
13. 13. Einheitsgatter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltverbindungen zur Darstellung einer Gedächtnisschaltung.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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