DE1014592B - Monostabiler Multivibrator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es besteht häufig die Aufgabe, durch einen kurzen Start- oder Triggerimpuls einen größenordnungsmäßig längeren Rechteckimpuls auszulösen, dessen Länge von unvermeidlich etwas schwankenden Parametern, wie Anoden- oder Heizspannung der Röhren, möglichst nicht abhängen soll. In Abb. 1 sind die wichtigsten Daten zusammengestellt. Der negative Trigger T sei zeitlich so kurz, daß er gegen die beabsichtigte Impulslänge T_m zu vernachlässigen ist. Ändert man nun die Anodenspannung, die Heizspannung oder die Umgebungstemperatur der Röhren oder wechselt man die Röhren gegen andere Exemplare der gleichen Type aus, so erhält man innerhalb eines Bereiches T_m ± Δ Τ schwankende Impulslängen. Bei den meisten monostabilen Multi-

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vibratoren liegt —=- auch bei nur kleinen Spannungsschwankungen von etwa ± 5% schon bei etwa 0,3 und wird beim Wechsel der Röhren häufig so groß, daß Schaltelemente, wie z. B. Widerstände, verändert werden müssen, um überhaupt ein Arbeiten des Multivibrators zu erzielen.

Es war daher ein großer Fortschritt, als eine Pentagrid-Schaltung gefunden wurde, die sich in allen diesen Schwankungserscheinungen als etwa 10 -f-100 mal besser erwies als die üblichen Multivibratorschaltungen. Wegen dieser ihrer »phantastischen« Leistungen erhielt die Schaltung den Namen »Phantastron«. Schwankungen von Heiz- und Anodenspannung innerhalb der möglichen Grenzen verändern die Impulslänge kaum. Ein Nachteil des Phantastrons ist, daß es nur Nutzimpulse sehr geringer Amplitude abgibt, so daß stets ein Impulsverstärker notwendig ist. Ein zweiter Nachteil ist der, daß ein Pentagrid eine so komplizierte Röhre ist, daß nur bei sehr engen Toleranzen der Röhrenfabrikation eine Auswechselung der Röhren ohne Änderung anderer Schaltelemente möglich ist. Meistens erfordert ein Röhrenwechsel auch eine Änderung anderer Schaltelemente.

Der Ausgangspunkt der folgenden Überlegungen ist das allgemeine physikalische Gesetz, daß Schwankungserscheinungen in Röhren durch die Einfügung weiterer Gitter nur schlimmer, niemals besser werden können. Man kann daraus schließen, daß es Triodenschaltungen geben muß, die noch bessere Resultate als das Phantastron liefern müssen.

Um den Erfindungsgedanken näher zu erklären, sollen die Fehler der meisten Triodenmultivibratoren an Hand von Abb. 2 näher erklärt werden, und es soll gezeigt werden, wie sie vermieden werden können. An einer solchen Schaltung wurden die Verbesserungen auch experimentell erprobt und ein Multivibrator erzielt, der das Phantastron an Konstanz noch übertraf.

Bei dem Multivibrator nach Abb. 2 leitet im Ruhezustand, das heißt lange nach dem Trigger, stets die

Monostabiler Multivibrator

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr.-Ing. Paul Kotowski, Neu-Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

Röhre F₂, da ihr Gitter über R und R_al stets an + U₀ angeschlossen ist. Der Anodenstrom i_a2 erzeugt in i?_Ä eine positive Kathodenvorspannung u_h, die durch einen großen Kondensator konstant gehalten wird. Bei U₀ = 250 F und der Röhre 6 SN 7 wird u_k rs 40 V gewählt. Der Anodenwiderstand R_a2 wird meist so gewählt, daß die Anodenspannung U₂ «a ¹Z₂ U₀ ist. Damit erhält man hohe Impulsamplituden bei kleinem Innenwiderstand, also hohe Impulsleistungen. Der Spannungsteiler aus R₁ und R₂ gibt eine so kleine positive Vorspannung an das Gitter von F_n, daß diese erste Röhre durch die Kathodenspannung u_lc sicher gesperrt ist. Die sehr kleinen Kondensatoren parallel zu R₁ und R_s dienen nur der Entstörung und können unter günstigen Umständen ganz wegbleiben.

Das Gitterpotential von F₂ liegt dicht bei u_k, höchstens etwa 1 V höher, da der Gitterstrom über R_al und R es auf diesen Wert begrenzt.

Gelangt ein genügend hoher negativer Trigger an die Anode von F₁, so drückt er über den großen Kondensator C auch die Gitterspannung von F₂ um dasselbe Maß ins Negative herab und sperrt für die Dauer des Triggerimpulses die Röhre F₂. Damit wächst M₂ unter Aufladung sehr kleiner Kondensatoren rasch auf U₀ und reißt auch die Gitterspannung von F₁ über den Spannungsteiler aus A₁ und R₂ ins Positive. F₁ wird leitend, und seine Anodenspannung sinkt vom Werte U₀ meist auf

etwa —-, auch wenn die Einwirkung des Triggers danach

aufhört.

Über den großen Kondensator C ist nämlich die Gitterspannung der Röhre F₂ genauso gefallen wie die Anodenspannung von F₁, also um etwa 100 V auf etwa — 60 V, und F₂ bleibt nach Fortfall des Triggers zuverlässig gesperrt, solange der Kondensator C seine Ladung behält. Da der Kondensator C sich von seiner Anfangsladung U₀ — u_k langsam auf Null entlädt, wird F₂ nach einiger Zeit langsam wieder leitend, und U₂ fällt. Die Rückkopplung über R₁ und R₂ sowie R und C ergibt

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dann, daß die Röhre F₁ sich rasch sperrt und F₂ voll praktische Versuche gezeigt haben, der Stabilität der öffnet. Damit ist die Impulszeit T_m beendet. Schaltung nicht. Die erfindungsgemäße Schaltung ist Betrachten wir diesen Vorgang auf mögliche Fehler- trotz der im Nebenschluß zu den Anodenwiderständen quellen, so richtet sich der Verdacht zunächst gegen die auftretenden Kapazitäten zumindest bei ebenso hohen Gitterströme der Röhre F₁, die wegen der beträchtlichen 5 Frequenzen anwendbar, wie die durch die schweizerische Höhe der Widerstände R₁ und R₂ leicht zu relativ Patentschrift bekannte selbstschwingende Multivibratorgroßen Schwankungen der Gitterspannungen der ersten schaltung, da bei der bekannten Schaltung der Frequenz-Röhre führen können. Besonders gefährlich sind die bsreiche die Verwendung von Mehrgitterröhren beIonen-Gitterströme. Ionen können in merkbarer Menge grenzt ist. Mehrgitterröhren sind bekanntlich bei hohen in der Röhre nur entstehen, wenn in den Zeiten des io Frequenzen nicht mehr so gut anwendbar wie Trioden. Stromdurchganges die Anodenspannung hoch genug ist, Die erfindungsgemäße Bemessungsregel soll an Hand daß" die durch sie beschleunigten Elektronen beim Zusam- der Abb. 2 näher erläutert werden. Es sei angenommen, menstoß mit den Molekülen der Restgase diese ionisieren daß M₀ = 250 V und u_k = 40 V. Der Innenwiderstand können. Stärkere Gitterströme fließen also nur, wenn der Röhren betrage im Normalzustand etwa R_{ = 10 kß. gleichzeitig zwei Bedingungen erfüllt sind: 15 Da wir die Röhre F₁ aber in der Durchlaßphase nur mit

1. Es muß ein Elektronenstrom fließen; M₂ = 5 V Anodenspannung betreiben wollen, wächst' R_t

2. Gleichzeitig muß die Anodenspannung höher sein auf etwa 50 kO, und wir finden für R_al die Bedingungen: als die Ionisationsspannung der Restgase, die etwa

10 V beträgt. i_al · R_ttl = M₀ — u_k — M₂ = 205 V

Erfindungsgemäß wird ein fremdgesteuerter mono- ao t,i ■ Sj = Mj = OV

stabiler Multivibrator unter Verwendung von Trioden 205 5

zur Erzeugung von Impulsen möglichst konstanter Länge i_{a 1} = —— i_{a x} == -=-

mit einer Anodenspannungsquelle, deren Spannung ein ^{al i}

hohes Vielfaches der Ionisationsspannung der Restgase ^ __ 2(J!5 ^. _ 2 05 ΜΩ

in den Röhren beträgt, vorgesehen, welcher dadurch as "¹S²''

gekennzeichnet ist, daß die Anodenwiderstände derart

groß gewählt sind, zumindest aber der Anodenwiderstand Experimentell ergab sich bei Vergrößerung der Werte

der Schaltröhre derart groß gewählt ist, daß die Anoden- von R_al überhaupt keine Verbesserung, ehe nicht R₁₁₁ spannung im leitenden Zustand der Röhren (der Schalt- den Wert von 1 ΜΩ überschritt. Von diesem Werte bis röhre) unter die Ionisationsspannung der in den Röhren 30 zu etwa R_al = 2,2 ΜΩ erfolgte eine Verringerung der (der Schaltröhre) vorhandenen Restgase fällt. Schwankungserscheinungen etwa um den Faktor 10.

Durch die schweizerische Patentschrift 217 614 ist es Infolge des sinkenden Stromes war dabei auch eine bekannt, bei selbstschwingenden Multivibratoren die Änderung anderer Größen, vor allem von R_k, nötig, Stabilität der Kippfrequenz dadurch zu erhöhen, daß die Eine allgemeine Senkung von M₀ führt nicht zu dem-

zwischen Anode und Kathode der Röhren liegende 35 selben Ergebnis, da damit nicht nur die Nutzamplitude Gleichspannung klein gegenüber der Spannung der fällt, sondern auch unvermeidliche Schwankungserschei- , Anodenspannungsquelle gemacht wird. In dieser Patent- nungen aus anderen Quellen eine relativ größere Bedeuschrift ist darauf hingewiesen, daß grundsätzlich die tung erlangen.

Möglichkeit bestünde, die Gleichspannung zwischen Die Erhöhung von R_a2 über die üblichen Werte hinaus

Anode und Kathode der Röhren dadurch klein gegenüber 40 war zwar nützlich, aber in weit geringerem Maße» Das der Spannung der Anodenspannungsquelle zu machen, hat seine Gründe erstens in der Gegenkopplung durch R^, daß man den Änodenwiderstand wesentlich größer wählt zweitens darin, daß der Strom so groß gehalten werden als in den gebräuchlichen Schaltungen. Es wird darauf muß, daß auch R₁ etwa normal bleibt und die Ionisation^- hingewiesen, daß die Verwendung von großen Anoden- spannung der Restgase schon bei einigen hunderttausend widerständen für die Praxis ungeeignet ist, da hierbei der 45 Ohm unterschritten wird. Bei R_a2 sa 500 kΩ waren die Ärbeitspunkt in einen stark gekrümmten Kennlinienteil Schwankungserscheinungen kleiner als beim Phantastron „ rücken würde, wobei die erstrebte Erhöhung der Stabilität und der Röhrenwechsel weit leichter als beim Phantastron, der Schaltung zumindest teilweise wieder zunichte Mit Multivibratoren der beschriebenen Dimensionierung

gemacht würde. Ein zweiter Nachteil dieser Schaltung kann gemäß weiterer Erfindung ein dekadischer Impulsmit großen Anodenwiderständen soll gemäß der schweize- 50 wähler aufgebaut werden, d. h. ein Multi vibratorrischen Patentschrift darin liegen, daß ein derartiger aggregat, das z. B. in drei Stufen mit drei Dekaden-Multivibrator für hohe Frequenzen nicht geeignet ist, da schaltern die Einstellung eines bestimmten Impulses aus sich parallel zu den Anodenwiderständen große Neben- einer Reihe von 1000 Impulsen gleichen Abstandes kapazitäten ausbilden. In der in der schweizerischen gestattet. Schematisch zeigt Abb. 3 einen solchen Patentschrift vorgeschlagenen Schaltung wird dem- 55 dekadischen Impulsphasenschieber, wie er in den Tochter^ gegenüber das Verhältnis zwischen der Spannung zwischen Stationen eines Impuls-Hyperbel-Navigationssystems geAnode und Kathode der Röhre und der Anodenspannungs- braucht wird. Es seien drei von einer Quarzfrequenz , quelle dadurch klein gehalten, daß man den Röhren einen abgeleitete Impulsfrequenzen 500, 5000 und 50000 Hertz ',, sehr niedrigen Innenwiderstand gibt. Zu diesem Zweck vorhanden, die aus den in Abb. 3 links dargestellten verwendet man nicht Trioden, sondern Tetroden oder 60 Verstärkern F₁, F₂, F₃ auf drei Multivibratoren M₁, ir Pentoden. " " - - M₂, M₃ mit je zehn Schaltstufen übertreten. Jeder von ,

Die in dieser Schaltung benutzten Mehrgitterröhren den drei Multivibratoren wird auf die zehn Stufen: ' sind sehr kompliziert und streuen daher stark. Beim 100, 200 ... 1000 μβεο oder 10, 20 ... 100 \jjszc oder Röhrenwechsel ist also bei den bekannten Anordnungen 1, 2 ... 10 μΞβΰ abgeglichen. Bei Multivibratoren, die .„ stets eine Änderung anderer Schaltelemente zum Abgleich 65 nach der oben dargestellten Erfindung dimensioniert notwendig. Beim erfindungsgemäßen monostabilen Multi- sind, ist die Genauigkeit so gut, daß sie bei jeder beliebigen ■';■. vibrator werden zur Verringerung der Spannung zwischen Bestückung mit nicht defekten Röhren die verschobenen .,.,. Anode und Kathode sehr große Anodenwiderstände Impulse so genau erzeugen, daß die zwei Zeitfilter Z₁, Z₈ j I benutzt. Daß hierbei der Arbeitspunkt in einen stark jeden von den tausend Impulsen durch bloße Schalter- |_: gekrümmten Kennlinienteil rückt, schadet, wie auch 70 einstellung auszuwählen gestatten. ,Jijst

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fremdgesteuerter monostabiler Multivibrator unter Verwendung von Trioden zur Erzeugung von Impulsen möglichst konstanter Länge mit einer Anodenspannungsquelle, deren Spannung ein hohes Vielfaches der Ionisationsspannung der Restgase in den Röhren beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenwiderstände derart groß gewählt sind, zumindest aber der Anodenwiderstand der Schaltröhre derart groß gewählt ist, daß die Anodenspannung im leitenden Zustand der Röhren (der Schaltröhre) unter die Ionisationsspannung der in den Röhren (der Schaltröhre) vorhandenen Restgase fällt.

2. Anwendung fremdgesteuerter monostabiler Multiyibratoren nach Anspruch 1 für dekadische oder sonstige vielstufige Impulsphasenschieber.

In Betracht gezogene Druckschriften:

/Schweizerische Patentschrift Nr. 217 614;
/ Barkhausen, »Lehrbuch der Elektronenröhren«, ίο /Bd. 2, 4. Auflage, 1933, insbesondere S. 275,278 und 279;

Rothe und Kleen, »Grundlagen und Kennlinien der Elektronenröhren«, 3. Auflage, 1951, S. 342;
»Electronics«, 1951, März, S. 126 bis 129.

Hierzu 1 Blitt Zeichnungen

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