DE1263077B - Sicherheits-ODER-Gatter, welches im Falle einer Stoerung der Gatterschaltung ein im Sinne der groessten Sicherheit wirkendes vorgegebenes Ausgangssignal liefert - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1263 077

Aktenzeichen: C 34653 VIII a/21 al

Anmeldetag: 15. Dezember 1964

Auslegetag: 14. März 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheits-ODER-Gatter, welches im Falle einer Störung eines Teiles der Gatterschaltung ein bestimmtes, im Sinne der größten Sicherheit wirkendes, vorgegebenes Ausgangssignal liefert, und welches einen an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Transistor, mindestens zwei Steuerstromkreise, von denen jeder über einen Polarisationswiderstand an die Steuerelektrode des Transistors angeschlossen ist, und einen Ausgangsstromkreis des Transistors aufweist.

Die erforderlichen Sicherheitsbedingungen, entweder von industriellen Anlagen im allgemeinen oder aber von dem schienengebundenen Verkehr im besonderen, machen Mittel zur Weitergabe von Informationen erforderlich, die im Betrieb außerordentlich sicher sein müssen. Es ist wichtig, daß im Falle der Störung eines beliebigen Teiles einer bestimmten Anlage, das von dieser erzeugte Ausgangssignal in einem Zustand verbleibt bzw. in einen Zustand übergeht, derart, daß beispielsweise bei Verwendung eines ODER-Gatters das von diesem Gatter erzeugte Ausgangssignal ein ganz bestimmtes, im Sinne der erforderlichen Sicherheit vorgebenes Signal ist.

Die bekannten ODER-Gatter der oben genannten Art, welche beispielsweise bei der logischen Behandlung von Informationen verwendet werden, haben den besonderen Nachteil, daß im Falle eines Kurzschlusses oder aber einer unvorhergesehenen Unterbrechung eines Teiles des ODER-Gatters, beispielsweise eines Transistors, die Ausgangsinformation zu einem Signal führt, welches in keinem Falle von einem Signal unterschieden werden kann, das durch die Zustände der Leitung oder der Nichtleitung des ins Auge gefaßten Transistors erzeugt wird, wobei es sich hierbei um Zustände handelt, die bei normalem Betrieb durch die in das ODER-Gatter eingespeisten Eingangssignale erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mängeln abzuhelfen und ein Sicherheits-ODER-Gatter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches im Falle einer Störung der Gatterschaltung ein bestimmtes, im Sinne der größtem Sicherheit wirkendes, vorgegebenes Ausgangssignal liefert.

Bei einem ODER-Gatter der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Steuerstromkreis einen Transistor aufweist, der einerseits an die Gleichstromquelle und andererseits über seine Steuerelektrode an eine Quelle periodischer alternativer Signale angeschlossen ist, und daß eine Parallelschaltung eines Kondensators mit dem Polarisationswiderstand vorgesehen ist, wobei eine der Klemmen des Kondensators

Sicherheits-ODER-Gatter, welches im Falle einer Störung der Gatterschaltung ein im Sinne der
größten Sicherheit wirkendes vorgegebenes
Ausgangssignal liefert

Anmelder.

Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Polzer, Patentanwalt,

3000 Hannover, Königstr. 23

Als Erfinder benannt:

Gerard Martin, Villemomble, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 8. Januar 1964 (959 625)

mit der Ausgangselektrode des Transistors des jea5 weiligen Steuerstromkreises verbunden ist.

Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß im Falle einer Störung der Gatterschaltung, an deren Ausgang keine Schwingung, sondern nur ein kontinuierliches Signal konstanten Potentials auftritt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung hervor. In dieser Zeichnung zeigt in rein schematischer Weise F i g. 1 ein elektrisches Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen ODER-Gatters, ■; F i g. 2 eine Darstellung des Spannungsverlaufes in verschiedenen Punkten des ODER-Gatters nach Fig. I-

Wie aus F i g. 1 der Zeichnung hervorgeht, besteht das erfindungsgemäße ODER-Gatter aus einem PNP-Transistor 1, dessen Emitter 2 über eine Diode 4 mit der positiven Klemme 3 (Bezugspotential) einer in der Zeichnung nicht weiter dargestellten elektrisehen Gleichstromquelle verbunden ist.

Die Diode 4 ist so geschaltet, daß ein Stromfluß in Richtung der Klemme 3 zum Emitter 2 erfolgt.

Der Kollektor 5 ist über einen Widerstand 7 mit der negativen Klemme 6 einer elektrischen Gleich-, stromquelle verbunden.

Das ODER-Gatter weist in der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zwei im wesentlichen

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gleiche Steuerstromkreise auf, welche mit der Basis 8 bracht. Der Transistor 1 ist dann blockiert, und die

des Transistors 1 verbunden sind. in der Klemme 30 des Kollektors 5 herrschende

Der erste Steuerstromkreis besteht aus einem Spannung wird auf das Potential der Klemme 6 der

PNP-Transistor 9, dessen Emitter 10 mit der positi- elektrischen Gleichstromquelle, nämlich auf das Poven Klemme 3 der elektrischen Gleichstromquelle 5 tential minus V gebracht, wobei V der Wert der verbunden ist und dessen Kollektor 11 über einen Spannung dieser Stromquelle ist.

Widerstand 12 mit der negativen Klemme 6 der elek- Falls eine dieser Klemmen 16 und 26 auf ein ne-

trischen Gleichstromquelle in Verbindung steht. gatives Potential gebracht wird, d. h. bei dem ins Auge

Dem Widerstand 14 ist ein Kondensator 13 par- gefaßten Beispiel auf das Potential minus V, wird die

allel geschaltet. Die diesen beiden Elementen gemein- io Basis 8 des Transistors 1 gleichermaßen auf das Po-

same Klemme 15 steht mit der Klemme 16 des KoI- tential minus V gebracht, so daß der Transistor 1 ge-

lektors 11 in Verbindung. sättigt wird, und der Wert des in der Leitung 31 er-

Die andere, dem Kondensator 13 und dem Wider- haltenen Potentials etwa Null ist, wie dies in Fig. 2

stand 14 gemeinsame Klemme 17 ist mit der Basis 8 gezeigt wird.

des Transistors 1 verbunden. 15 Die Widerstände 14 und 24, die Kondensatoren 13

Der zweite Steuerstromkreis besteht aus einem und 23 und die Kennwerte des Transistors 1 sind so Transistor 19, dessen Emitter 20 mit der positiven gewählt, daß der Transistor 1 blockiert bleibt, wenn Klemme 3 der Gleichstromquelle verbunden ist, wo- die Impulse der durch den Spannungsverlauf E/16 bei der Kollektor 21 des Transistors 19 über einen und Z726 gekennzeichneten Signale die Amplitude Widerstand 22 mit der negativen Klemme 6 dieser 20 Null haben; der Transistor 1 bleibt gesättigt, wenn Stromquelle in Verbindung steht. . die Impulse eines dieser Signale eine Amplitude

Dem Widerstand 24 ist ein Kondensator 23 par- minus V haben.

allel geschaltet. Eine der diesen beiden Elementen Die durch die Spannungsverläufe i716 und 1726

gemeinsame Klemme 25 ist mit dem Kollektor 21 des dargestellten Steuersignale haben die gleiche Fre-Transistors 19 verbunden. 25 quenz, können aber eine unterschiedliche Phase

Die andere dem Kondensator 23 und dem Wider- haben, wie dies in F i g. 2 gezeigt wird, stand 24 gemeinsame Klemme 27 ist mit der Basis 8 In dieser Figur eilen die Impulse 32 des Steuer-

des Transistors 1 verbunden. signals U16 gegenüber den Impulsen 33 des Steuer-

Die Kondensatoren 13 und 23 erlauben die Dauer signals U26 voraus. Aus einem im folgenden noch der dem Transistor 1 eigenen Ansprechzeit herabzu- 30 zu erläuternden Grund haben die Impulse 34 des setzen. Falls Transistoren mit kurzer Ansprechzeit durch den Spannungsverlauf Ϊ731 dargestellten Ausverwendet werden, sind die Kondensatoren 13 und gangssignals eine Dauer Γ 34, welche gleich der 23 entbehrlich. Summe der Dauer Γ 32 und Γ 33 der Impulse 32 und

Die Diode 4 stellt eine wirksame Blockierung des 33 ist, verringert um die Dauer T der Überdeckung Transistors 1 bei erhöhten Temperaturen sicher. 35 der Impulse 32 und 33, wie dies die F i g. 2 zeigt.

Die beiden miteinander zu vergleichenden Ein- Mit 0 wird der binäre Zustand des in der Klemme

gangssignale werden entsprechend in die Basis 28 des 16 oder der Klemme 26 aufgenommenen Eingangs-Transistors 9 des ersten Steuerstromkreises und in signals bezeichnet, wenn dieses Signal den Wert Null die Basis 29 des Transistors 19 des zweiten Steuer- hat, was dem Fehlen von Schwingungen entspricht. Stromkreises eingespeist. 40 Hingegen ist mit 1 der binäre Zustand des in der

Die Eingangssignale an den Basen 28 und 29 Klemme 16 oder der Klemme 26 aufgenommenen haben gleiche Frequenz, wobei deren Amplitude so Eingangssignals bezeichnet, wenn dieses Signal einen groß ausgelegt sein muß, daß die entsprechenden von dem Wert Null verschiedenen Wert hat, was dem Transistoren 9, 19 periodische Signale mit einer Vorhandensein von Schwingungen entspricht. Das rechteckförmigen Amplitude minus V an den Klem- 45 Ausgangssignal U 31 ist im binären Zustand 0, wenn men 16 und 26 der Kollektoren dieser Transistoren beide Signale !716 und U 26 im binären Zustand 0 abgeben. und im binären Zustand 1 sind, wenn zumindest eines

Das Ausgangssignal des ODER-Gatters wird an der Signale U16 und 1726 im binären Zustand 1 ist. der Klemme 30 des Kollektors 5 des Transistors 1 Die nachstehende Erläuterung faßt die verschiedeabgenommen und über die Leitung 31 weitergeleitet. 50 nen Fehler zusammen, welche die Bauelemente des Diese Leitung 31 kann mit einer Verstärkerstufe ODER-Gatters beeinflussen können. Sie zeigt das in verbunden sein, welche beispielsweise aus einem jedem Störungsfall entstehende Ausgangssignal, wel-Transistor besteht, so daß die Konstanz des Aus- ches im binären Zustand 0 ist, sofern kein periodigangssignals zunimmt. sches Signal übertragen wird.

Das Eingangssignal, welches an die Basis 28 ange- 55 Durch eine innere Unterbrechung oder einen innelegt wird, hat nach "Durchgang durch den Tran- ren Kurzschluß, welcher den Transistor 9 beeinflußt, sistor 9 die durch den Linienzug in F i g. 2 wieder- wird das an die Bases 28 des Transistors 9 angelegte gegebene Spannungsform, wobei diese Spannung Signal nicht übertragen, und der entsprechende U16 an der Klemme 16 abgenommen wird. Steuerstromkreis verhält sich so, als ob das Ein-

Ebenso zeigt das an die Basis 29 angelegte Em- 60 gangssignal im binären Zustand Null wäre, gangssignal nach Durchgang durch den Transistor 19 Dies gilt gleichermaßen für den Fall, daß der Traneine Form, wie sie durch den Linienzug U 26 in sistor 19 durch eine innere Unterbrechung oder einen Fig. 2 wiedergegeben ist. Diese Spannung U26 wird inneren Kurzschluß gestört wird, an der Klemme 26 abgenommen. Wenn die beiden Transistoren 9, 19 gleichzeitig

Wenn die Impulse der durch die Spannungsver- 65 eine Störung aufweisen, übertragen die Steuerstromläufe J716 und XJ26 dargestellten Steuersignale kreise kein Signal, und das Ausgangsendsignal befingleichzeitig die Amplitude Null haben, wird die Ba- det sich im binären Zustand 0, was in dem Zustand sis 8 des Transistors 1 auf das Potential Null ge- der größten Sicherheit entspricht.

Ebenso kommt die Unterbrechung der die Klemme 16 des Kollektors 11 des Transistors 9 mit der Basis 8 des Transistors 1 verbindenden Leitung durch ein dem binären Zustand 0 entsprechendes Ausgangssignal zum Ausdruck. Es treten keine Schwingungen am Ausgang 31 auf.

Die Unterbrechung der die Klemme 26 des Kollektors 21 des Transistors 19 mit der Basis 8 des Transistors 1 verbindenden Leitungen kommt durch ein Ausgangssignal zum Ausdruck, welches dem binären Zustand 0 entspricht: keine Schwingungen.

Wenn die Unterbrechungen dieser Leitungen gleichzeitig erfolgen, befindet sich das an der Klemme

30 auftretende Ausgangssignal im binären Zustand O₃ was der geforderten Sicherheitsbedingung entspricht.

Die Unterbrechung der Bauteile des Transistors 1 verursacht in der Klemme 30 ein negatives und dem Wert minus V entsprechendes Potential, was dem binären Zustand 0 der Ausgangsleitung 31 entspricht.

Im Falle eines Kurzschlusses der Bauteile des Transistors 1 wird die Klemme 30 auf das Potential der Masse gebracht, und sein binärer Zustand ist ebenfalls 0.

Die Unterbrechung des Widerstandes 7 bewirkt das Verschwinden des am Kollektor 5 des Transistors 1 auftretenden Signals, und der binäre Zustand der Ausgangsleitung 31 ist 0.

Ein Kurzschluß im Widerstand 7 entspricht einem Stromwert Null in dem Kollektor 5 des Transistors 1. Es ist in diesem Falle unmöglich, ein periodisches Signal zu übertragen, so daß sich die Ausgangsleitung

31 im binären Zustand befindet.

Eine Unterbrechung in dem Kondensator 13 oder dem Kondensator 23 bewirkt keineswegs ein falsches Signal, sondern lediglich ein weniger schnelles Ansprechen des ODER-Gatters. Diesem Mangel wird gegebenenfalls abgeholfen, wenn ein schnell ansprechender Transistor 1 verwendet wird.

Ein Kurzschluß der Kondensatoren 13 oder 23 bringt das entsprechende Eingangssignal zum Verschwinden, da die Diode 4 den Ausgang des Kollektors des Transistors 9 oder 19 entsprechend dem jeweiligen Falle kurzschließt.

Wenn die Kurzschlüsse der Kondensatoren 13 und

23 gleichzeitig erfolgen, ist das Ausgangssignal im binären Zustand 0.

Eine Unterbrechung der Widerstände 14 oder 24 bringt das Eingangssignal in dem entsprechenden Steuerstromkreis zum Verschwinden.

Wenn die Unterbrechung der Widerstände 14 und

24 gleichzeitig erfolgt, erscheint kein Eingangssignal in der Basis 8 des Transistors 1, und der binäre Zustand der Ausgangsleitung ist 0.

Ein Kurzschluß in dem Widerstand 14 oder 24 bringt das entsprechende Eingangssignal zum Verschwinden, da die Diode 4 den Ausgang des Kollektors der Transistoren 9 oder 19 entsprechend dem jeweiligen Falle kurzschließt.

Wenn die Kurzschlüsse der Transistoren 9 und 19 gleichzeitig erfolgen, ist das Ausgangssignal des logischen Stromkreises im Zustande 0, was den Zustand der erforderlichen Sicherheit zum Ausdruck bringt.

In dem beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wurden lediglich zwei Steuerstromkreise ins Auge gefaßt. Es ist klar, daß das ODER-Gatter auch im Zusammenhang mit einer beliebigen Anzahl von Steuerstromkreisen verwendet werden kann, deren Elemente den gleichen Bedingungen entsprechen, sofern die Eingangssignale die gleiche Frequenz aufweisen.

In dem beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die verwendeten Transistoren PNP-Transistoren. Man kann das gleiche ODER-Gatter aber auch mit NPN-Transistoren verwirklichen. Es genügt in diesem Falle, die Klemmen der elektrischen Gleichstromquelle umzupolen und die Klemmen der Diode 4 zu vertauschen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sicherheits-ODER-Gatter, welches im Falle einer Störung eines Teiles der Gatterschaltung ein bestimmtes, im Sinne der größten Sicherheit wirkendes, vorgegebenes Ausgangssignal liefert, und welches einen an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Transistor, mindestens zwei Steuerstromkreise, von denen jeder über einen Polarisationswiderstand an die Steuerelektrode des Transistors angeschlossen ist, und einen Ausgangsstromkreis des Transistors aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jederSteuerstromkreis einen Transistor (9 oder 19) aufweist, der einerseits an die Gleichstromquelle (3, 6) und andererseits über seine Steuerelektrode (28 oder 29) an eine Quelle periodischer alternativer Signale angeschlossen ist, und daß eine Parallelschaltung eines Kondensators (13 oder 23) mit dem Polarisationswiderstand (14 oder 24) vorgesehen ist, wobei eine der Klemmen (15 oder 25) des Kondensators mit der Ausgangselektrode (11 oder 21) des Transistors des jeweiligen Steuerstromkreises (9 oder 19) verbunden ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Bulletin SEV, Bd. 53 (1962), H. 18 vom 8. September 1962, S. 844.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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