DE2552857B2

DE2552857B2 - Schaltungsanordnung zur abgabe von zeitimpulsen fuer einen geschosszuender

Info

Publication number: DE2552857B2
Application number: DE19752552857
Authority: DE
Inventors: Godwin Dipl.-Phys Zürich Ettel (Schweiz)
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1974-12-10
Filing date: 1975-11-25
Publication date: 1977-10-13
Also published as: DE2552857A1; SE405783B; JPS6157559B2; NO139190C; JPS5183000A; NL182342C; FR2294424B1; IL48599A; NO139190B; CA1050620A; IL48599A0; NL7514114A; NL182342B; NO753920L; ZA757728B; IT1050028B; CH586385A5; FR2294424A1; GB1495214A; DE2552857C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abgabe von Zeitimpulsen für einen Geschoßzünder, enthaltend einen astabilen Multivibrator und einen Speisekondensator zur Steuerung und Speisung des Multivibrators.

Es sind einerseits Schaltungsanordnungen dieser Art bekannt, die sich in Geschossen befinden, welche wegen ihrer Kleinheit jedoch nicht den Genauigkeitsanforderungen entsprechen, die an die Einhaltung einer bestimmten Verzögerungszeit gestellt werden. Andererseits sind ortsfeste Schaltungsanordnungen für Feuerwaffen bekannt, welche zwar den Genauigkeitsanforderungen entsprechen, indem eine Batterie eine konstante Spannung liefert und dadurch eine konstante Frequenz gewährleistet. Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß eine Batterie erforderlich ist. Eine solche Batterie benötigt wesentlich mehr Raum als in einem Geschoß zur Verfugung steht; außerdem ist nicht gewährleistet, ob die Batterie im Geschoß bei Bedarf auch talsächlich geladen ist (US-PS 37 88 228).

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Schaltungsordnung, welche bei möglichst kleinem Strombedarf Zeitimpulse in möglichst konstanten Intervallen, d.h. mit konstanter Frequenz abgibt, d.h. die Speisespannung des Multivibrators soll möglichst konstant sein, da bei konstanter Speisespannung auch die Zeitimpulse mit konstanter Frequenz vom Multivibrator erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der astabile Multivibrator zwei Inverter aufweist, wobei jeder Inverter zwei Feldeffekt-Transistoren aufweist und daß zwischen dem Multivibrator und dem Speisekondensator ein Widerstand und parallel dazu ein Abgleichkondensator zur Stabilisierung der Frequenz der genannten Zeitimpulse angeordnet ist.

Die eriindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die durchschnittliche Schwingungsdauer Tm — während einer bestimmten Zeit, z. B. vom Abschuß eines Geschosses bis zu seiner Zerlegung, das sind 5— IO Sekunden, — konsUint ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele sind im folgenden anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben, es

zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der gesamten Vorrichtung zur Abgabe von Zeitimpulsen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Multivibrators,

F i g. 3 ein Diagramm über den Verlauf der Speisespannung in Abhängigkeit der Zeit,

Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Multivibrators in schematischer Darstellung und

Fig. 5 ein Diagramm über den Spannungsverlauf an einzelnen Stellen des Multivibrators.

Gemäß Fig. I ist ein Multivibrator 10 mit einem Ausgang A\ zur Abgabe von Zeitimpulsen über ein parallelgeschaltetes flC-Glied, d. h. einen Widerstand O und einen Kondensator 22, an einen Speisekondensator 20 angeschlossen, der durch einen Stromerzeuger 9 beim Abschuß des Geschosses aufgeladen werden kann. Die Bedeutung des /?C-Gliedes ist später erläutert. Ein solcher Stromerzeuger 9 ist an sich bekannt und weist beispielsweise eine Induktionsspule, einen Dauermagneten und einen Weicheisenkern auf. Bei der Abschußbeschleunigung erfolgt eine Relativverschiebung dieser Teile zur Erzeugung eines Induktionsstrornes in der Induktionsspule. Durcii diesen Induktionsstroin wird der Speisekondensator 20 aufgeladen.

Die Vorrichtung 10 weist gemäß Fig. 2 vier Feldeffekt-Transistoren 51, 52, 53 und 54 auf. Je zwei dieser Feldeffekt-Transistoren 51, 52 und 53, 54 sind in Serie geschaltet und einerseits an die Stromversorgung, d. h. über ein RC-G\\ed 13,22 an den Speisekondensator 20 und andererseits an Masse angeschlossen. Die Basis (Gate) dieser Transistoren 51—54 sind über Dioden 41, 43 an die Stromversorgung und über Dioden 42, 44 an die Masse angeschlossen. Die beiden Transistoren 51,52 bilden einen ersten Inverter A, und die beiden Transistoren 53,54 bilden einen zweiten Inverter B. Der Ausgang 4 des Inverters A, der zugleich Eingang des Inverters B ist, ist über einen Widerstand 11 und einen Knotenpunkt 2 an eine Seite eines Kondensators 21 angeschlossen. Der Ausgang 1 des Inverters Bist an die andere Seite des Kondensators 21 angeschlossen. Der Eingang 3 des Inverters A ist über einen Widerstand 12 und den Knotenpunkt 2 an die erste Seite des Kondensators 21 angeschlossen. Die Transistoren 51 und 53 sind sogenannte N-Type-Transistoren, und die Transistoren 52 und 54 sind sogenannte P-Type-Transistoren. Dies hat zur Folge, daß beim Anlegen einer Spannungan den Eingang 3,4 der beiden Inverter Λ und B die N-Type-Transistoren 51 und 53 sperren, während die P-Type-Transistoren 52 und 54 leiten. Sinkt hingegen die Spannung am Eingang 3, 4 der beiden Inverter A und B auf einen bestimmten Wert ab, kehren sich die Verhältnisse um, d. h., die N-Type-Transistoren 51 und 53 leiten, und die P-Type-Transistoren 52 und 54 sperren.

Der Spannungsverlauf an den Ausgängen 1 und 4 der beiden Inverter B und A sowie am Eingang 3 des Inverters A ist aus F i g. 5 ersichtlich.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung 10, soweit sie bisher beschrieben wurde, ist wie folgt.

Falls durch die Transistoren 52 und 53 Strom fließt und durch die Transistoren 51 und 54 kein Strom fließt, herrscht am Ausgang 1 des Inverters ßund am Eingang 3 des iiiveriers A die Versorgungsspannung U_vm, während am Eingang 4 keine Spannung herrscht, wie dies aus Fig. 5 zu Beginn der Schwingungszeit ii ersichtlich ist. Der Ausgang 1 ist über den Transistor 53 mit der Stromversorgung verbunden, und der Eingang 4

ist über den Transistor 52 an die Masse angeschlossen. Da am Ausgang 1 die Versorgungsspannung U,_vn herrscht, kann die eine Seile des Kondensators 21 positiv bis auf die Versorgungsspannung U_icn aufgeladen werden. Über den Widerstand 11 und den Transistor 52 kann sich die andere Seke des Kondensators 21 entladen, wodurch die Spannung am Eingang 3 gemäß der £ Kurve

(D

absinkt. Wobei U_um die Umschaltspannung für den Inverter A, B darstellt, R den Widerständen 11 und 12 entspricht, C dem Kondensator 21 und t\ die Zeit zwischen zwei Schaltvorgängen.

Sobald die Spannung am Eingang 3 auf die Umschaltspannung abgesunken ist, werden die beiden Inverter A und B umgeschaltet. Durch die Transistoren 51 und 54 kann nun Strom fließen, während durch die Transistoren 52 und 53 kein Strom mehr fließt. Die Spannung am Ausgang 1 fällt daher auf die Spannung U» ab. Die eine Seite des Kondensators 21 kann sich über den Transistor 54 entladen, die andere Seite des Kondensators 21 kann über Transistor 51 und den Widerstand 11 aufgeladen werden. Am Eingang 4 steigt die Spannung sofort auf den Wert U_vcn an. Am Eingang 3 wächst die Spannung gemäß der Kurve

(2)

Da die Schwingungsdauer T = l\ + I₂ ist, ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2)

T - -RL Mn-^ --£-- + In 2Ü~"'-"Ü~)^m

\ ^urers ^uum *■ '-'pits '-'um /

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß die Schwingungsdauer T von der Versorgungsspannung (Juts abhängig ist. Wem; für die Versorgungsspannung Uvcn ein Kondensator vorgesehen ist, so ist es nicht zu vermeiden, daß durch die Energieentnahme die Spannung i7_lt._rvim Kondensator absinkt, dadurch ändert sich die Schwingungsdauer T!

Durch die vorliegende Erfindung wird auch eine Schaltungsanordnung geschaffen, bei der wenigstens die durchschnittliche Schwingungsdauer T_n, — während einer bestimmten Zeit, z. B. der Zeit vom Abschuß eines Geschosses bis zu seiner Zerlegung, das sind etwa 5—10 Sekunden — konstant ist. Dabei ist zu uerüeksichtigen, daß der Speisekondensator 20 der Stromversorgung nicht immer auf die selbe Ausgangsspannung aufgeladen wird. Ein Zahlenbeispiel soll das Problem noch verdeutlichen. Unter der Annahme, daß die Spannung Un-rs auf die der Speisekondensator 20 aufgeladen wird, Schwankungen von 10% aufweisen kann, muß gefordert werden, daß die Zeit bis zur Zerlegung des Geschosses von z.B. 5,3 Sekunden auf 1—2% genau eingehalten werden kann.

Dazu werden gemäß F i g. 1 zwischen den Multivibrator 10 und den Speisekondensator 20 ein ohmscher Widerstand 13 und parallel dazu ein Abgleichkondensator 22 angeordnet. Die Wirkung dieser Anordnung ist aus F i g. 3 ersichtlich. Die Versorgungsspannung U_vm wird unter dem Einfluß des Widerstandes 13 absinken. Dieser Spannungsverlauf bewirkt eine Änderung der Schwingzeit gemäß Kurve a. Der Abgleichkondensator 22 führt zu einer Korrektur gemäß Kurve b. Aus diesen beiden Kurven a und b resultiert die Kurve c, welche die Frequenz und damit die Schwingungszeit T des Multivibrators IO darstellt.

Der Abgleichkondensator 22 wird der inneren Kapazität des Multivibrators 10, welche gestrichelt als Ersatzkondensator 23 dargestellt ist, angepaßt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll noch auf einzelne Eigenschaften des Multivibrators IO hingewiesen werden. Die Schwingungszeit Γ ist vom Verhalten der Transistoren 51—54 abhängig. Beim Erreichen der Schakwelle beginnen die Transistoren 51—54 zu leiten, und zwar derart lange, bis der notwendige Schaltslrom Id erreicht ist. Dieser Schaltstrom In ist durch die Gleichung

h, =

1'C_0x -j- (L/,; - C₇) U_n

gegeben. In dieser Gleichung ist:

Uc, = Basisspannung,

Ut = Threshold-Spannung,

Uu = Transistorspannung,

Zund L = Abmessungen des Transistors,

C_m = Kapazität des Transistors.

Diese Gleichung des Schaltstromes führt zu einer Differentialgleichung, aus der die Abhängigkeit der Schwingungszeit T von der Versorgungsspannung

3<i ersichtlich ist. Je nach der Größe des Abgleichkondensators 22 und der inneren Kapazität 23 kann die Schwingungszeit Tmit zunehmender Versorgungsspannung Uvm exponentiell zu- oder abnehmen.

Nach dem Umschalten der Transistoren erfolgt die exponentiell Entladung des Kondensators 21. Diese Entladungszeit ist kürzer, wenn bei hoher Versorgungsspannung die Umschaltspannung niedriger und der Kondensator 21 weniger stark aufgeladen wird als wenn bei niedriger Versorgungsspannung und vcrhältnismäßig höherer Umschaltspannung der Kondensator 21 stärker aufgeladen wird.

Durch geeignete Abstimmung der Kapazitäten 21 und 22 ist eine Variation der Frequenz in Abhängigkeil der Versorgungsspannung derart möglich, daß neben den Eigenschaften der verwendeten C-MOS Schaltung auch noch der Schaltungsaufbau derart korrigiert werden kann, daß über bestimmte Vielfache von Grundschwingungen bei einer bekannten Größe des Speisekondensators 20 eine hohe Zeitkonstanz erreichbar ist.

Gemäß einem anderen in Fig. 4 dargestellten Ausfi'ihrungsbeispiel sind zwischen die beiden Transistoren 51, 52 einerseits und 53, 54 andererseits je ein ohmscher Widerstand 60 angeordnet, dessen Wirkungs-

(10 weise analog ist zum Widerstand 13. Bei diesen beiden Widerständen 60 kann jedoch nicht nur ihre Größe gewählt werden, sondern auch der Abgriff des Ausganges 1 bzw. 4.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Abgabe von Zeitirnpulsen für einen Geschoßzünder, enthaltend einen astabilen Multivibrator und einem Speisekondensator zur Steuerung und Speisung des Multivibrators, dadurch gekennzeichnet, daß der astabile Multivibrator (10) zwei Inverter (A. B) aufweist, wobei jeder Inverter (A, B) zwei Feldeffekt-Transistören (51—54) aufweist, sowie, daß zwischen dem Multivibrator (10) und dem Speisekondensator (20) ein Widerstand (13) und parallel dazu ein Abgleichkondensator (22) zur Stabilisierung der Frequenz der genannten Zeitimpulse angeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum genannten Widerstand (13) zwischen Multivibrator (10) und Speisekondensator (20) noch je ein Widerstand (60) zwischen je zwei Transistoren (51,52 und 53,54) des Inverters (A, B)angeordnet ist.