DE2125940C3 - Schaltungsanordnung zur betriebssicheren Verstärkung einer regelmäßigen Impulsfolge - Google Patents
Schaltungsanordnung zur betriebssicheren Verstärkung einer regelmäßigen ImpulsfolgeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art.
Bekanntlich ist in einer Endstation einer Trägerfrequenzanlage ein Grundfrequenzgenerator vorhanden,
aus dessen Grundfrequenz sämtlich oder die meisten Trägerfrequenzen abgeleitet werden. Die Verstärkung
dieser Grundfrequenz muß mit praktisch absoluter Sicherheit gewährleistet sein.
Zuverlässigkeitstests haben gezeigt, daß die durch eine einzige Verstärkerkette gegebene Betriebssicherheit
trotz der Sorgfalt bei der Wahl der Bauteile und bei der Herstellung nicht den gewünschten Wert erreicht,
daß dagegen die Verwendung zweier Verstärker einwandfreier Qualität mit einer Signalvorrichtung für
Störungen, von denen der eine bei einer Störung durch den anderen ersetzt wird, den gewünschten Sicherheitsgrad aufweist.
Aus der US-PS 34 96 477 ist ein Taktüberwachungsgerät
bekannt, bei dem eine um eine halbe Taktperiode verzögerte Version des Taktes mit diesem* verglichen
wird und aus dem Vergleich auf eine Störung der Taktversorgung geschlossen wird. Im Fall der Störung
wird automatisch ein Verstärker durch einen Ersatzverstärker ersetzt. Eine solche Vorrichtung hat den
Nachteil, daß die Umschaltdauer nicht beliebig kurz ist, d. h. daß die Taktversorgung bei einer Störung einige
Zeit lang unterbrochen wird.
Es sind ferner Schaltungsanordnungen bekannt, die diesen Nachteil nicht aufweisen. Bei diesen arbeiten die
beiden Verstärker parallel. Wenn einer der beiden ausMlt, gewährleistet der andere die Taktversorgung.
In diesem Fall wird der Betrieb nicht unterbrochen, aber es findet eine Amplitudenänderung statt Eine solche
Änderung, die häufig nicht zulässig ist kann nur durch eine Begrenzungsstufe abgestellt werden; dann ist
ίο jedoch der Ausgangspegel jedes der beiden Verstärker entsprechend zu erhöhen, was kostspielig und nicht sehr
befriedigend ist
Eine andere Lösung besteht in der Verwendung zweier gleicher, um 120° phasenverschobener Spannungen.
Die Resultante ist dann in der Amplitude gleich jeder der Komponenten und um 60° verschoben. Im Fall
einer Störung wird nur eine der beiden Spannungen aufrechterhalten. Der Betrieb erfolgt dann mit derselben
Amplitude, es tritt aber im Augenblick der Störung eine Phasendrehung auf, die in der neuzeitlichen
Technik unerwünscht ist
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art
dahingehend zu verbessern, daß bei einer Störung eines der Verstärker die Ausgangsimpulsfolge ohne die
geringste Unterbrechung, ohne Pegel- und Phasenverschiebung, aufrecherhalten bleibt und die Störung
trotzdem angezeigt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1
in gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst. Bezüglich
von Merkmalen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf den Unteranspruch
verwiesen.
Es folgt die ausführliche Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, von denen die
F i g. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in ihrer allgemeinen Form veranschaulicht, die
F i g. 2a ein entsprechender logischer Schaltplan ist, die
F i g. 2b durch graphische Darstellungen die Form der Signale an verschiedenen Punkten der F i g. 2a im
Normalfaü und im Fall einer Störung veranschaulicht,
die
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer vollständigen Anlage nach einer bevorzugten Ausführungsart
ist, die
F i g. 4 die Funktionen der im Schaltbild der F i g. 3 verwendeten Logikschaltungen veranscnaulicht.
In der F i g. 1 wird eine Impulsfolge auf einen >o Anschluß E gegeber.. Die Impulse sind je nach ihrer
Parität mit a bzw. b bezeichnet.
Der Anschluß fliegt am Eingang einer Weiche T, die an einem Ausgang die Impulse der Parität a und an dem
anderen Ausgang die Impulse der Parität b'abgibt.
Die Impulse a werden an den Eingang eines Verstärkers A über einen Zweiwegschalter A'mit den Leitungswegen 1 und 3 angelegt. Im Leitungsweg 1 überträgt der Schalter A' die Impulse a an den Verstärker A; im Leitungsweg 3 verbindet der Schalter fat) v4'den Eingang des Verstärkers A unmittelbar mit dem Anschluß E, d. h., er legt an den Verstärker A sämtliche Taktimpulse an.
Die Impulse a werden an den Eingang eines Verstärkers A über einen Zweiwegschalter A'mit den Leitungswegen 1 und 3 angelegt. Im Leitungsweg 1 überträgt der Schalter A' die Impulse a an den Verstärker A; im Leitungsweg 3 verbindet der Schalter fat) v4'den Eingang des Verstärkers A unmittelbar mit dem Anschluß E, d. h., er legt an den Verstärker A sämtliche Taktimpulse an.
Ebenso werden die Impulse b über einen Zweiwegschalter B' mit zwei Leitungswegen 2 und 4 an den
b5 Eingang eines Verstärkers S angelegt.
Im Leitungsweg 2 überträgt der Schalter B' die Impulse b an den Verstärker B; im Leitungsweg 4
verbindet der Schalter B' den Eingang des Verstärkers
B unmittelbar mit der Klemme E, d. h. er legt an den
Verstärker S sämtliche aufgenommenen Impulse an.
Die verstärkten Impulse a und die verstärkten Impulse b werden in einer Summierungsvorrichtung
addiert, deren Ausgang die vollständige verstärkte Impulsfolge a + b abgibt.
Der Ausgang des Verstärkers A isi an den Eingang
einer logischen Speicherschaltung A" angelegt, die durch Anlage eines logischen Signals a (Fehlen von a am
Ausgang von A) den Schalter ß'aus der Stellung 2 in die ι ο Stellung 4 kippt; gleichzeitig wird eine Signalvorrichtung
ausgelöst, eine Signallampe L 1 leuchtet auf. Wenn die Schaltung A " auf ein Signal ~ä anspricht, ändert sie
ihren Binärzustand und behält den neuen Zustand bei, bis eine Einwirkung von außen sie wieder zurücksetzt
Ebenso ist der Ausgang des Verstärkers B an den Eingang einer logischen Speicherschaltung B" angeschlossen, die durch Anlage eines logischen Signals b
(Fehlen von b am Ausgang von B) den Schalter A' aus
der Stellung 1 in die Stellung 3 kippt; gleichzeitig leuchtet eine Signallampe L 2 auf. Ebenso speichert die
Schaltung B" ein angelegtes Signal b bis zu einer Nullsetzung von außen.
Es handelt sich in jedem Fall um elektronische Schaltungen.
Bei normalem Betrieb arbeiten beide Verstärker, wobei jeder die Verstärkung jedes zweiten Impulses
bewirkt; bei Ausfall eines Verstärkungskanals gewährleistet ein elektronischer Schalter, mit einer Verzögerung
von etwa zehn Nanosekunden arbeitet, die jo Verstärkung der gesamten aufgenommenen Impuisfolge
auf dem in Betrieb befindlichen Kanal. Gleichzeitig meldet die entsprechende Signallampe die Störung, die
sie bis zum Eingreifen eines Bedienungsmanns, der die Störung behebt, einspeichert. i>
Die detailliertere Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2a weist eine Kippstufe 10 auf, deren Wechseleingang
C mit einem Anschluß E verbunden ist, an den die aus einer nicht dargestellten Quelle stammenden zu
verstärkenden Impulse angelegt werden. Diese Kippstufe hat zwei Ausgänge Q und Q und zwei statische
Eingänge 5 und P, die den Zustand der Kippstufe 10 bestimmen.
Der Kanal a weist einen Verstärkungszweig mil einer
UND-Schaltung 21 auf, die mit einem Verstärker 23 in Reihe geschaltet ist, dessen Ausgang über einen
Kondensator Cl an eine Klemme 13 der Primärwicklung eines Differentialtransformators 11 angeschlossen
ist. Die Schaltung 21 hat einen mit dem Anschluß E verbundenen Eingang 61 und einen mit dem Anschluß Q
der Kippstufe 10 verbundenen Eingang 63.
Der Kanal (a) weist einen Überwachungszweig auf, der ein UND-Glied 25 enthält, das über einen mit einem
Widerstand Λ 1 im Nebenschluß verbundenen Kondensator C3 mit einem Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Glieds
27 in Reihe geschaltet ist; der andere Eingang des Glieds 27 ist an den Ausgang 69 des Kondensators Cl
angeschlossen; zwischen dem Glied 27 und Erde ist im Nebenschluß ein /?C-Glied mit Zeitkonstante angeschlossen,
dessen Mittenanzapfung 35 mit dem Eingang t>o
einer bistabilen Kippstufe 37 verbunden ist. Diese hat eine Ausgangsklef me 65, die an die Klemme 5 der
bistabilen Kippstufe 10 und an den Eingang eines Inverters 29 angeschlossen ist, welcher mit einem
Transistor 31 in Reihe liegt, dessen Kollektorzweig eine b5
Signallampe 33 aufweist. Die Eingänge des UND-Gliedes 25 sind mit den entsprechenden Eingängen des
Gliedes 21 parallelgeschaltet.
Der Kanal (b) weist einen Verstärkungszweig mit einem UND-Glied 22 aaf, das mit einem Inverter 22' und
einem Verstärker 24 in Reihe geschaltet ist, dessen Ausgang über einen Kondensator C 2 (Ausgang 80) an
eine Klemme 12 des Differenlialtransformators 11
angeschlossen ist Das Glied 22 hat einen mit dem Anschluß^ verbundenen Eingang 72 und einen mit der
Klemme Q (74) der Kippstufe 10 verbundenen Eingang. Dieser Kanal weist ebenfalls einen Überwachungszweig
auf, der aus einem UND-Glied 26 besteht (Eingänge 72
und 78), welche mit einem Inverter 26' in Reihe geschaltet und über einen im Nebenschluß mit einem
Widerstand R2 verbundenen Kondensator C4 mit einem Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Glieds 28
verbunden ist wobei der andere Eingang des Glieds 28 an den Ausgang des Kondensators C2 angeschlossen
ist; zwischen der Schaltung 28 und Erde ist im Nebenschluß ein RC-G\ied mit Zeitkonstante geschaltet,
dessen Mittenanzapfung 36 mit dem Eingang einer bistabilen Kippstufe 38 verbunden ist, welche eine mit
der Klemme P der Kippstufe 10 (Eingang 76) und mit einem Inverter 30 verbundene Ausgangsklemme aufweist,
wobei der Inverter 30 zur Basis eines Transistors 32 führt, dessen Kollektorzweig eine Signallampe 34
enthält. Die Eingänge des Gliedes 26 sind mit den Eingängen des Gliedes 22 parallelgeschaltet.
Die Kondensatoren Cl und C2 haben eine jeweils an
die Klemmen 13 und 12 der Primärwicklung des Differentialtransformators 11 angeschlossene Klemme,
dessen Sekundärwicklung die verstärkten Impulse an Klemmen 14 und 15 abgibt. Der Differentialtransformator
11 liefert nicht die Summe, sondern die Differenz der
an die Eingänge angelegten Signale. Darum ist in einem der Kanäle, hier im Kanal b, ein zusätzlicher Inverter in
jedem Zweig (22', 26') vorhanden.
Bei allen verwendeten Schaltungen handelt es sich um integrierte Schaltungen.
Die F i g. 2b veranschaulicht in acht graphischen Darstellungen die Form der Signale am Anschluß E, an
der Klemme Q der Kippstufe 10 und an den Ausgängen der Schaltungen 21,23,25,27,37 und 29.
Bis zur durch einen Pfeil bezeichneten Zeit t ist der Betrieb normal, und ein logisches Signal »1« liegt
ständig am Ausgang des Glieds 27 und ein logisches Signal »1« am Ausgang des Glieds 37. Zur Zeit t liegt ein
Fehler vor, da der auf der Zeile 5(23) schraffiert gekennzeichnete Impuls nicht auftritt. Damit ergeben
sich die in Fig. 2b unter 5(21), 5(23), 5(27) eingezeichneten, eine bestimmte Breite τ aufweisenden
Impulse, wobei die Breite so gewählt ist, daß die Laufzeiten der integrierten Schaltungen keine Rolle
spielen.
Der Ausgang der Kippstufe 37 gelangt in den Nullzustand, so daß die Klemme Qder Kippstufe 10 den
ständigen Wert 0 und die Klemme Q den ständigen Wert 1 annimmt. Unter diesen Bedingungen empfängt
der Verstärker 24 des Kanals ^unmittelbar die beiden Impulsfolgen a und b und gibt sie nach deren
Verstärkung auf die Klemme 12 des Differentialtransformators 11.
Der Ausgang des Inverters 29, der sich bis zur Zeit f im Nullzustand befand (bei gesperrtem Transistor 31
und ausgeschalteter Lampe 33), gelangt in den Zustand 1, U2T Transistor 31 wird leitend, und die Lampe 33
leuchtet auf.
Entsprechende Vorgänge finden statt, wenn eine Störung auf dem Kanal b auftritt. In diesem Fall befindet
sich ständig ein Signal »1« am Ausgang des Inverters 30;
der Verstärker 23 gibt auf die Klemme 13 des Differentialtransformators 11 die beiden verstärkten
Impulsfolgen, und die Signallampe 34 leuchtet ständig.
Die F i g. 3 stellt das gesamte Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
dar, und zwar werden nicht nur die Fehler der Verstärkungsschaltungen, sondern auch diejenigen
der Überwachungsschaltungen angezeigt und behoben.
Die Schaltungsteile aus F i g. 2, die für die ungeradzahligen Impulse der Folge benötigt werden, bilden dii
Baugruppe 60 der F i g. 3 mit den KLemmen 61, 63, 67,69. Die Schaltungsteile für die geradzahligen Impuls'
bilden die Baugruppe 70 mit den Klemmen 72,74,76,7f
80.
Die Anordnung weist außer der Kippstufe 10 und dei Baugruppen 60 und 70 folgende, entsprechend de
Aufstellung angeschlossene logische Glieder auf:
Eingang | Ausgang | UND 42 | Eingang | Ausgang | |
UND41 | ρ 46 | 43 | UND 44 | ρ 45 | 44 |
UND 43 | 41,47 | 45,63 | UND 46 | 42,48 | 46,74 |
UND 45 | 43 | 42 | UND 48 | 44 | 41,53 |
UND 47 | 52 | 43,49 | ODER 50 | 51 | 44,50 |
ODER 49 | 41,47 | 55 | UND 52' ®52 |
42,48 | 55 |
®51 θ 53 |
69 £ 69,46 |
48 56 |
Θ 54 | E 52,'80 |
52 47 |
ODER 55 | 49,50 | 57 | ODER 56 | 80,63 | 56 |
53,54 | 57' | ||||
Die in der obigen Tabelle erwähnten Bauteile 57 und 57' sind Dioden, die mit den Eingängen eines
Komparators 58 verbunden sind, der eine mit einer Signallampe 59 verbundene Ausgangsklemmme aufweist.
Der Komparator 58 schaltet die Signallampe 59 ein, wenn die Spannungen an den beiden Eingängen
nicht gleich sind.
Die Klemme 69 ist an die Eingangsklemme 13 des Differentialtransformators 11 und die Klemme 80 an die
Eingangsklemme 12 des Differentialtransformators 11 angeschlossen, der an seinen Ausgangsklemmen 14, 15
die vollständige verstärkte Impulsfolge abgibt.
Die F i g. 4 veranschaulicht die logischen Funktionen
UND (a). ODER (b), EXKLUSIVES ODER (c).
Es sei angenommen, daß an einer von fünfzehn verschiedenen Stellen ein Fehler auftritt. In jedem Fall
wird die Abgabe einer vollständigen Impulsfolge gewährleistet und der Fehler angezeigt. Die nachfolgende
Analyse dieser Fehler zeigt, daß der ganze Betrieb der Schaltungsanordnung unter genauer Überwachung
erfolgt, wobei die Überwachungsglieder selbst überwacht werden. Die Schaltungsanordnung arbeitet
demnach mit nahezu hundertprozentiger Zuverlässigkeit
1. Ausgang Glied 41
»0« 23 gibt ganzes Signal a.
24 sperrt über 45,51,48.
Fehler angezeigt durch 49,55 und 59.
Sperrung von 24 durch 34 angezeigt.
»1« 23 behält normalen Betrieb bei.
»1« 23 behält normalen Betrieb bei.
43 wird durch 47,52,52' gesteuert
Fehler angezeigt durch 49,55.
Ausgang Glied 47
»0«
Ausgang Glied 47
»0«
23 gibt ganzes Signal ab.
24 sperrt durch 45,51,48.
Fehler angezeigt durch 49,55 und 59.
Sperrung von 24 durch 34 angezeigt
»1« 23 behält normalen Betrieb bei.
»1« 23 behält normalen Betrieb bei.
43 wird durch 41 gesteuert
Fehler angezeigt durch 49,55 und 59.
3. Ausgang Glied 43
»0« 23 sperrt
3. Ausgang Glied 43
»0« 23 sperrt
Fehler angezeigt durch 51, der 48,44 und 24 steuert, welcher das Signal abgibt.
Fehler angezeigt durch 52,47,49,55 und
Sperrung von 23 durch 33 angezeigt. »1« 23 gibt ganzes Signal ab.
Sperrung von 24 durch 45,42,51,48,44.
Fehler angezeigt durch 54,56 und 59.
4. Ausgang Glied 49
»0« Keine Störung des Betriebs der Verstärke
23 und 24.
Fehler angezeigt durch 55 und 59. »1« Gleiche Wirkung und gleiche Anzeige wi<
für »0«.
5. Ausgang Glied 51
»0« Keine Störung des Betriebs der Verstärke
23 und 24.
Fehler angezeigt durch 50,55 und 59. »1« 24 gibt ganzes Signal ab.
Sperrung von 23 durch 46,41,52,47,43.
Fehler angezeigt durch 50,55 und 59.
6. Ausgang Glied 53
(»0«) Keine Störung des Betriebs (und)
(»1«) der Verstärker 23 und 24.
Fehler angezeigt durch 56 und 59.
7. Ausgang Glied 55
(»0«) Keine Störung des Betriebs (und)
(»1«) der Verstärker 23 und 24. Fehler angezeigt durch 59.
8. Ausgang Glied 48
»0« 24 gibt ganzes Signal ab.
23 sperrt durch 46,41,52,47 und 43.
Fehler angezeigt durch 50,55 und 59.
Sperrung von 23 und 33 angezeigt »1« 24 behält normalen Betrieb bei
44 wird durch 42 gesteuert
Fehler angezeigt durch 50,55 und 59.
9. Ausgang Glied 42
»0« 24 gibt ganzes Signal ab.
23 sperrt durch 46,41,52,47 und 43.
Fehler angezeigt durch 50,55 und 59.
Sperrung von 23 durch 33 angezeigt 10. Ausgang Glied 50
(»0«) Keine Störung des Betriebs
(»1«) der Verstärker 23 und 24.
Fehler angezeigt durch 55 und 59. Ausgang Glied 44
»0«
»0«
Sperren von 24.
Fehler angezeigt durch 52, 47, die 43
steuern, 23 gibt Signal ab.
Fehler angezeigt durch 52,47,50,55 und 59.
Sperrung von 24 durch 34 angezeigt. »1« 24 gibt ganzes Signal ab.
Sperrung von 23 durch 46,41,52,47 und 43.
Fehler angezeigt durch 53,56 und 59. 12. Ausgang Glied 46
»0« Betrieb von 23 und 24 bleibt normal.
Auswirkungen dieses Fehlers auf die
Steuerung von 23 werden durch 52, 47 und
43 ausgeschaltet.
Fehler angezeigt durch 53,56 und 59. »1« Keine Störung des Betriebs der Verstärker
23 und 24.
Fehler angezeigt durch 53,56 und
13. Ausgang Glied 52
»0« Keine Störung von 29 und
Fehler angezeigt durch 52,47,49,55 und
»1« Keine Störung des Betriebs der Verstärker
23 und 24.
Fehler angezeigt durch 52,47,49,55 und
14. Ausgang Glied 52
»0« Keine Störung des Betriebs der Verstärker
23 und 24.
Fehler angezeigt durch 47,49,55 und »1« 23 gibt ganzes Signal ab.
24 sperrt durch 45,42,51,48 und
Fehler angezeigt durch 47,49,55 und Sperrung von 24 durch 34 angezeigt.
15. Ausgang Glied 54 und
(»0«) Keine Störung des Betriebs (»1«) der Verstärker 23 und Fehler angezeigt durch
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Schaltungsanordnung zur betriebssicheren Verstärkung einer regelmäßigen Impulsfolge, bei
der die eingespeiste Impulsfolge mittels einer Teilerschaltung in eine gerade und eine ungerade
Impulsfolge aufgeteilt wird und bei der diese beiden Impulsfolgen auf je einen Verstärkerzweig gegeben
werden und anschließend in einer Summierschaltung wieder zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Aufteilung der eingespeisten Impulsfolge eine Eingangskippstufe (T, 10)
vorgesehen ist, sowie eine Korrektureinrichtung mit einer ersten Logikschaltung (27), der das Ausgangssignal
(a) des ersten Verstärkerzweigs (A) und ein Steuersignal aus einem ersten Ausgang (Q) der
Eingangskippstufe zugeführt sind, daß die erste Logikschaltung bei Ausfall des ersten Verstärkerzweigs
eine bistabile Kippschaltung (37) umsteuert, die ihrerseits einem Eingang (S) der Eingangskippstufe
(10) ein Signal zuführt, das an deren erstem Ausgang (Q) eine permanente logische 0 und an
deren komplementären Ausgang (Q) eine permanente logische 1 herbeiführt, wodurch die gesamte
eingespeiste Impulsfolge in dem zweiten Verstärkerzweig (24) verstärkt wird, und daß eine
zweite mit identischen Einrichtungen bei Ausfall des
zweiten Verstärkerzweigs symmetrisch arbeitende Logikschaltung (28) vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Logikschaltungen (51,52, 53,54,55,
56) und einen Komparator (58) aufweist, die die Signale an verschiedenen Punkten der beiden
Verstärkerzweige paarweise miteinander vergleichen und einen Signalgeber (59) auslösen, der eine
Ungleichheit anzeigt.
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