DE2422176A1 - Stoerungssicherer oszillatorkreis - Google Patents
Stoerungssicherer oszillatorkreisInfo
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Description
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeugsteuerungssysteme,
insbesondere auf eine in Verbindung damit eingesetzte Schaltung, die eine Gleichstrom-Ausgangsspannung nur in
Abhängigkeit von einem periodischen Signaleingang abgibt.
In einem System wie einem Fahrzeugsteuerungssystem, bei dem eine störungssichere Arbeitsweise gefordert wird, müssen konsequenterweise
alle Systemkomponenten störungssicher sein. Aus Definitions-
■3
gründen sei festgelegt, das im vorliegenden Rahmen eine Systemkomponente
als störungssicher angesehen wird, wenn eine Störung oder ein Ausfallen einer einzelnen Komponente des Systems die Abwesenheit
oder zumindest eine beträchtliche Amplitudenverringerung des Signalausgangs von der Systemkomponente bedingt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein fehlersicheres oder störungssicheres
System, in dem ein Oszillator einen Signalausgang gefor-
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derter Amplitude nur in Abhängigkeit von der Erfassung eines gelieferten
periodischen Signals abgibt. Der Signalausgang des Oszil-.lators
wird gleichgerichtet, so daß ein storungssieheres Aktivierungssignal
resultiert. Für den Fall, daß eine einzelne Komponente ausfällt oder einer Störung unterliegt, wird das gleichgerichtete
Signal nicht mehr langer erzeugt oder zumindest erheblich hinsichtlich
seines Signalniveaus verringert.
Ein störungssicherer Oszillatorkreis für die Abgabe eines störungssicheren
Signalausgangs mit vorgegebenem Niveau ist erfindungsgemäß
gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals, eine zweite Einrichtung zur Abgabe
eines Gleichstromsignals in Abhängigkeit von der Abgabe des periodischen
Signals sowie durch eine Oszillatoreinheit, die einen Signalausgang mit vorgegebenem Niveau nur in Abhängigkeit von der
Abgabe des Gleichstromsignals liefert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische Wiedergabe einer störungssicheren Treiberschaltung entsprechend
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 schematisch ein Schaltbild einer störungsfreien Treiberschaltung entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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Fig. 3A - 3G zum besseren Verständnis der Erfindung Signalkurven, wie sie in den Fig. 1 und 2 an den dort
analog bezeichneten Punkten auftreten.
Im einzelnen läßt Fig. 1 ein Blockschaltbild und eine schematische
Wiedergabe einer störungssicheren Treiberschaltung erkennen, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Die Bezeichnungen 3A - 3G in Fig.
bzw. 2 geben die Schaltungspunkte an, an denen die mit dem Diagramm
3A - 3G wiedergegebenen Signalverläufe jeweils anzutreffen sind. Eine Quelle 2 periodischer Signale liefert ein periodisches
Signal (vgl, Fig. 3A) an einen Detektor 4, und in Abhängigkeit davon
liefert der Detektor 4 ein erstes Gleichstromsignal (vgl. Fig. 3B) als Erregerpotential an einen Oszillator 6. Solange der
Oszillator 6 das erste Gleichstromsignal über seinen Eingang erhält, bleibt er erregt und liefert einen Signalausgang (vgl. Fig.
3F) an die Primärwicklung 8 eines Transformators 10, der über eine
Sekundärwicklung 12 einen Signaleingang an einen Gleichrichter 14 liefert, der seinerseits ein zweites Gleichstromsignal (vgl. Fig.
3G) an einen Kondensator wie den Vierpolkondensator 16 abgibt, der
das zweite Gleichstromsignal mit einer Last 18 koppelt, die beispielsweise
von einem Relais gebildet sein kann.
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild der störungs- oder fehlersicheren
Treiberstufe. Der Detektor 4 enthält Kondensatoren 20 und 22 sowie Dioden 24 und 26. Er ist mit dem Oszillator 6 über
einen Widerstand 28 verbunden.
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Der Oszillator 6 enthält Transistoren 30 und 32 sowie 34 und 36. Ein Rückkopplungspfad 38 ist zwischen dem Kollektor 40 des Transistors
34 und der Basis 42 des Transistors 32 angeordnet und weist Widerstände 44 und 46 sowie einen Kondensator 48 auf. Die Basis
des Transistors 30 ist an eine erste Quelle für ein Referenzpotential wie Masse und an eine Seite eines Kondensators 52 angeschlossen,
dessen andere Seite mit einer zweiten Quelle für ein Referenzpotential -V verbunden ist. Der Kollektor 54 des Transistors 30
ist mit der Quelle -V über einen Widerstand 56 und mit der Basis 58 des Transistors 36 verbunden. Der Kollektor 60 des Transistors
32 ist mit der Quelle -V über einen Widerstand 62 und mit der Basis 64 des Transistors 34 verbunden.
Der Gleichrichter 14 weist Dioden 66 und 6 8 auf. Die Last, die in
diesem Fall einen elektronischen Schalter umfaßt, weist einen
Thyristor 70, fcenerdioden 72 und 74, einen Transistor 76 und Widerstände 78, 80 auf, wobei der Schalter eine Ausgangsklemme 82
enthält, die mit einem Relais oder einer ähnlichen Einrichtung in Verbindung stehen kann.
Wie zuvor erwähnt, ist der Oszillator 6 nicht in der Lage zu schwingen und insofern ein Ausgangssignal abzugeben, wenn das den
Emittern 84 und 86 der Transistoren 30 bzw. 32 zugeführte Gleichstromsignal fehlt. Dies ist deshalb der Fall, weil die Basen der
letztgenannten Transistoren an die Schaltungsmasse und ihre Kollektoren an das -V-Referenzpotential angeschlossen sind, welches die
Transistoren in Sperrichtung vorspannt, wenn ein den jeweiligen
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Emittern zugeführtes positives Potential fehlt.Wenndem Eingang des
Detektors 4 ein periodisches Signal (vgl. Fig. 3A) zugeführt wird,
sorgt der Detektor 4 für eine Gleichrichtung des periodischen Signals und für die Abgabe eines Gleichstrom-Signalniveaus an die
Emitter der Transistoren 30 und 32 über den Widerstand 28 (vgl. Fig. 3B). In Abhängigkeit von dem Gleichstrom-Signalniveau werden
die Transistoren 30 und 32 abwechselnd leitend, so daß sie Strom an die Basen 58 und 64 der Transistoren 36 bzw. 34 liefern (vgl.
Fig. 3C und 3D), so daß die letztgenannten Transistoren abwechselnd leitend werden können.
In Abhängigkeit von der abwechselnden Leitung der Transistoren 34 und 36 werden Spannungsimpulse abwechselnd an die jeweiligen Anschlüsse
der Primärwicklung 8 des Transformators 10 (vgl. Fig. 3E und 3F) abgegeben, so daß in der Sekundärwicklung 12 entsprechende
Spannungsimpulse induziert werden. In Abhängigkeit von den induzierten positiven Spannungsimpulsen der Sekundärwicklung werden
die Dioden 66 und 68 des Gleichrichters 44 abwechselnd leitend, so daß sie eine erste Klemme des Vierpolkondensjdators 16 (vgl.
Fig, 3G) mit einem Gleichstrom-Signalniveau beaufschlagen» Der
Signal-Rückkopplungspfad 38 sorgt dafür, daß an die Basis 42 des Transistors 32 ein Signal rückgekoppelt wird, um die Oszillatorwirkung
des Oszillators 6 aufrechtzuerhalten.
Die positive Spannung oder das zweite Gleichstromsignal, das über den Vierpolkondensator 16 zugeführt wird, läßt die Zenerdiode 72
durchbrechen, so daß die Gateelektrode des Thyristors 70 ein
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Zündpotential erhält, das den Thyristor zum Leiten bringt und damit die Ausgangsklemme 82 mit dem zweiten Gleichstromsignal beaufschlagt.
Kurze Zeit danach wird der Transistor 76 infolge des positiven Potentials an seinem Emitter, das die Vorspannung an der
Basis infolge der Zenerdiode 74 übersteigt, leitend, so daß ein Strompfad vom Vierpolkondensator 16 zur
Ausgangsklemme 82 hergestellt und damit das dort auftretende positive zweite Gleichstromsignal aufrechterhalten wird.
Wie zuvor erläutert, hört die Schwingung des Oszillators 6 auf, wenn ein die Emitter 84 und 86 der Transistoren 30 bzw. 32 beaufschlagendes
positives Gleichstromsignal fehlt. Damit jedoch die Schaltung in einer wirklich störungssicheren Weise arbeitet, besteht
die Forderung, daß auch ein positives Gleichstrom-Signalniveau an der Ausgangsklemme 82 fehlt, wenn es zu einer Störung
irgendeiner Komponente in der Schaltung gekommen ist, oder daß zumindest an der Ausgangsklemme 82 nur ein verringertes Gleichtrom-Signalniveau
zur Verfügung steht. Bezüglich des Detektors läßt sich beobachten, daß für einen Kurzschluß des Kondensators
der Kondensator 22 sich nicht auf ein positives Gleichstrom-Signalniveau aufladen könnte, da die Diode 24 alle ins Negative
gehenden Impulse in bezug auf die Schaltungsmasse kurzschließen würde. In gleicher Weise würde sich für den Fall einer öffnung
des Kondensators 20 für den Ausgang des Detektors 20 ein Leerlaufkreis
ergeben. Ebenso wäre, wenn die Dioden 24 oder 26 kurzschließen oder öffnen, der Kondensator 22 nicht in der Lage, sich auf
ein ausreichendes positives Gleichstrom-Signalniveau aufzuladen, um die Transistoren 30 und 32 genügend Strom ziehen zu lassen,
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so daß der Oszillator 6 schwingen könnte. Ebenso würde jeder der
vorerwähnten Fehler den Eingangskreis ziemlich stark belasten. Es ist klar, daß, wenn der Kondensator 22 einen Kurzschluß bilden
würde, alle Signale in bezug auf Masse kurzgeschlossen würden und dementsprechend der Oszillator 6 nicht in der Lage wäre zu oszillieren.
Wenn der Kondensator 22 öffnen würde, so würde dem Oszillator 6 ein Gleichstromsignal zugeführt, das jedoch in jedem Fall
eine Amplitude hätte, die nicht größer ist, als wenn der Kondensator einwandfrei arbeitete, so daß auch diese Situation nicht als
unsicherer Zustand angesehen werden kann. Wenn der Widerstand 28 öffnen würde, so könnte der Oszillator bei Abwesenheit des Gleichstromsignals
nicht oszillieren, so daß auch dies keinen unsicheren Zustand darstellt. Wenn andererseits der Widerstand 28 einen Kurzschluß
bilden würde, so würde der Oszillator 6 bei Abwesenheit periodischer Signale, die dem Eingang des Detektors 4 zugeführt
werden, aufhören zu schwingen, was ebenfalls einen sicheren Betriebszustand
darstellt.
Es seien nun die Fehler- oder Störungs-Betriebsarten der den Oszillator 6 bildenden Bauelemente betrachtet. Wenn der Kondensator
48 im Signal-Rückkopplungspfad 38 öffnen würde, so besteht eindeutig kein Rückkopplungspfad mehr, so daß unabhängig davon,
daß dem Eingang des Detektors 4 ein periodisches Signald zugeführt wird, keine Oszillation auftreten kann. Wenn andererseits der
Kondensator 48 einen Kurzschluß bilden würde, so würde die zeitliche Steuerung der Schaltung beeinträchtigt, aber der Oszillator
würde weiterhin bei Fehlen eines Signaleingangs für den Detektor zu schwingen aufhören. Wenn der Widerstand 44 öffnen würde, so
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würde kein Entladungspfad zu Masse gebildet, und nachdem der
Kondensator 48 sich einmal aufgeladen hat, würde die Rückkopplung aufhören und somit die Oszillation nicht mehr aufrechterhalten
werden können* Wenn der Widerstand 44 einen Kurzschluß bilden würde,
so könnte die Rückkopplung aufrechterhalten werden, aber die Schaltung würde beim Fehlen des Signaleingangs des Detektors 4
zu schwingen aufhören. In der Praxis sind jedoch der Widerstand 44 sowie alle anderen Widerstände der Schaltung robust ausgebildete
Zinnoxidwiderstände, die gegenüber Kurzschluß-Fehlern infolge der meisten bekannten Ursachen wie hoher Temperaturen, Stöße,
hohe Ströme oder dergleichen im wesentlichen unempfindlich sind. Wenn der Widerstand 46 Öffnen würde, so bestünde wiederum kein
Rückkopplungspfad und dementsprechend keine Schwingung. Wenn der Widerstand 46 einen Kurzschluß bilden würde, so würde die Rückkopplung
aufrechterhalten, jedoch würde die Schwingung beim Fehlen des Signaleingangs für den Detektor 4 wiederum aufhören» Die
Widerstände 56 und 62 sind Ableitwiderstände, so daß ihre öffnung oder Unterbrechung nur eine Verringerung der Wirksamkeit der
der
Schaltung infolge/sich ergebenden langsameren Sperrzeiten der Treiber-Transistoren 34 und 36 bewirken würde. Wenn die Widerstände 56 und 62 einen Kurzschluß bilden würden, so würde die Schaltung beim Fehlen des Signaleingangs für den Detektor 4 weiterhin aufhören zu schwingen. Das ungünstigste Zusammentreffen von Fehlern oder Störungen in den zuvor erwähnten Bauelementen würde es sein, wenn der Widerstand 44 öffnete und der Widerstand 46 sowie der Kondensator 48 einen Kurzschluß bilden wurden. Die Oszillationen würden so lange aufrechterhalten, wie das periodische Eingangssignal anwesend ist. Bei Abwesenheit des Signaleingangs könnte der
Schaltung infolge/sich ergebenden langsameren Sperrzeiten der Treiber-Transistoren 34 und 36 bewirken würde. Wenn die Widerstände 56 und 62 einen Kurzschluß bilden würden, so würde die Schaltung beim Fehlen des Signaleingangs für den Detektor 4 weiterhin aufhören zu schwingen. Das ungünstigste Zusammentreffen von Fehlern oder Störungen in den zuvor erwähnten Bauelementen würde es sein, wenn der Widerstand 44 öffnete und der Widerstand 46 sowie der Kondensator 48 einen Kurzschluß bilden wurden. Die Oszillationen würden so lange aufrechterhalten, wie das periodische Eingangssignal anwesend ist. Bei Abwesenheit des Signaleingangs könnte der
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Transistor 32 immer noch eingeschaltet werden, nicht aber der
Transistor 30. Daher würde der Transfomator 10 in die Sättigung gehen, die Rückkopplung zum Transistor 32 unterbrechen und damit
eine Oszillation des Oszillators 6 verhindern.
Pur den Fall einer öffnung bzw. Unterbrechung oder eines Kurzschlusses
eines der im Oszillator 6 enthaltenen Transistoren würde der Oszillator bei Abwesenheit des Eingangssignals für den Detektor
4 zu schwingen aufhören oder zumindest eine weitere Schaltkreiskomponente infolge des Kurzschließens oder einer Unterbrechung
der Transistoren ausfallen, wobei der Ausfall dieser weiteren Schaltkreiskomponente ±n den Oszillator nicht mehr weiterschwingen
läßt, wie das zuvor erläutert wurde.
Da der Transformator 10 Energie von der -V-Spannungsquelle in ein
positives Gleichstrom-Signalniveau in Verbindung mit dem Gleichrichter 14 umwandelt, läßt sich beobachten, daß ein Kurzschluß im
Transformator nicht in der Lage ist, eine positive Spannung an die Last abzugeben, da die Dioden 66 und 68 das negative Spannungspotential -V blockieren. Es ist klar, daß die öffnung einer Wicklung
des Transformators 10 die Beaufschlagung der Last mit Spannung unterbrechen würde. Der Vierpolkondensator 16 ist ein in
hohem Maße zuverlässiges störungssicheres Baueelement, da die Aufhebung
einer Verbindung einer der vier Anschlüsse innerhalb oder außerhalb des Kondensators im Hinblick auf die Last zu einem offenen
Strompfad zwischen dem Transformator 10 und dem Gleichrichter 14 führt. Wenn der Vierpolkondensator selbst einen Kurzschluß bildet
oder eine Unterbrechung aufweist, so kann sich im ungünstigsten
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Fall eine Verringerung der Ausgangsspannung ergeben, die zu keinem
unsicheren Betriebszustand führt. Die Last 18 erfordert keine Betrachtung im Hinblick auf Störungssicherheit, da sie zumindest
teilweise als Bestandteil der Schaltung angesehen werden kann, die durch die störungssichere Treiberschaltung betrieben wird.
Insgesamt ist damit eine störungssichere Treiberschaltung erläutert
worden, die ein Gleichstrom-Signalniveau an ihrem Ausgang nur in Abhängigkeit von einem ihrem Eingang zugeführten periodischen
Signal, ferner nur dann liefert, wenn die Bauelemente der Schaltung insgesamt intakt sind.
Patentansprüche:
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Claims (9)
- Patentanspr flehe ιStörungssicherer Oszillatorkreis für die Abgabe eines störungssicheren Signalausgangs mit vorgegebenem Niveau, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Abgabe eines periodischen Signals, eine zweite Einrichtung zur Abgabe eines Gleichstromsignals in Abhängigkeit von der Abgabe des periodischen Sinais "sowie durch eine Oszillatoreinheit, die einen Signalausgang mit vorgegebenem Niveau nur in Abhängigkeit von der Abgabe des Gleichstromsignals liefert.
- 2. Oszillatorkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung zur Abgabe eines zweiten Gleichstrom-Signalniveaus in Abhängigkeit von dem Signalausgang der Oszillatoreinheit.
- 3. Oszillatorkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Einrichtung einen Transformator (10) mit einer an die Oszillatoreinheit angeschlossenen Primärwicklung sowie einer Sekundärwicklung (12), ferner einen an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Gleichrichter (14) aufweist, der in Abhängigkeit von der Belieferung des Transformators (10) mit dem Signalausgang von der Oszillatoreinheit das zweite Gleichstrom-Signalniveau an seinem Ausgang abgibt.
- 4. Oszillatorkreis nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einean den Gleichrichter (14) angeschlossene, in Abhängigkeit vonA098A8/0367der Lieferung des zweiten Gleichstrom-Signalniveaus mit Energie versorgte Last (18).
- 5. Oszillatorkreis nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Lieferung des zweiten Gleichstrom-Signalniveaus geschlossenen Schalter.
- 6. Oszillatorkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoreinheit einen ersten und zweiten Transistor (3Or 32), die mit ihren Basen jeweils an einem ersten Referenzpotential liegen und mit ihrem Emitter (84, 86) bzw. Kollektor untereinander und mit dem Detektor verbunden sind, so daß sie das erste Gleichstromsignal erhalten, ferner einen dritten und vierten Transistor (36, 34) aufweist, wobei der dritte Transistor (36) mit seiner Basis (58) an dem Kollektor (54) bzw. Emitter des ersten Transistors (30) und der vierte Transistor (34) mit seiner Basis (64) an dem Kollektor (60) bzw. Emitter des zweiten Transistors (32) liegt, die Emitter bzw, Kollektoren des dritten bzw. vierten Transistors jeweils an einem zweiten Referenzpotential liegen, ein erster Anschluß der Primärwicklung (8) des Transformators (10) an dem Emitter (40) bzw. Kollektor des vierten Transistors 134) liegt, während ein zweiter Anschluß des Primärwicklung (8) an dem Emitter bzw. Kollektor des dritten Transistors (36) liegt, und daß der Gleichrichter (14) eine erste und eine zweite Diode (66, 68) aufweist, die mit ihren Kathoden oder Anoden untereinander verbunden sind und dann mit ihren Anoden bzw. Kathoden an dem409848/0367■- 13 -ersten bzw. zweiten Anschluß der Sekundärwicklung (12) des Transformators (10) liegen.
- 7. Oszillatorkreis nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Rückkopplungspfad (38), der zwischen den Kollektor (40) bzw. Emitter des vierten Transistors (34) und die Basis (42) des zweiten Transistors (32) geschaltet ist.
- 8. Oszillatorkreis nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Kondensator (16) , der mit einem ersten Anschluß an der gemeinsamen Verbindung der ersten und zweiten Diode (66f 68) und mit einem zweiten Anschluß an einem dritten Anschluß der Sekundärwicklung (12) des Transformators (10) liegt, sowie dadurch, daß der dritte Anschluß der Primärwicklung (8) des Transformators (10) mit dem ersten Referenzpotential verbunden ist,
- 9. Oszillatorkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem dritten und vierten Anschluß des Kondensators (16) eine Last (18) verbunden ist.09848/0367L e e r s e i t e
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