DE1044162B - Astabile Kippschaltung mit Flaechentransistoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In elektronischen Rechenanlagen ist es üblich, durch einen Hauptgenerator Taktimpulse zu erzeugen, die den Informationsfluß in der Maschine steuern. Solche Taktgeneratoren sollen Rechteckimpulse hoher Leistung und relativ hoher Frequenz abgeben können.

Astabile Kippschaltungen mit Flächentransistoren sind an sich bekannt. Im Hinblick auf die geforderte hohe Leistungsabgabe kommen praktisch jedoch nur solche Schaltungen in Betracht, bei denen die verschiedenen Kopplungen transformatorisch ausgelegt sind. Die durch einfache Übertragung von bekannten Röhrenschaltungen auf Flächentransistorschaltungen erhältlichen astabilen Kippschaltungen dieser Art weisen jedoch neben bei den hohen Frequenzen nicht mehr einwandfreien Rechteckimpulsen auch eine erhebliche Streuung in der Impulsfolgefrequenz zufolge der Kennlinienstreuung der Transistoren auf. Auch kann man keine einfache Regelung der erzeugten Frequenz erzielen. Es ist weiterhin bekannt, unter den beiden in einer solchen Schaltung verwendeten Transistoren eine gleiche Stromverteilung und damit einen Schutz vor Überlastung eines der beiden Transistoren zu erzielen, in dem je ein Widerstand als Gegenkopplung in die Emitterzuleitung gelegt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung einer astabilen Kippschaltung zur Erzeugung von Rechteckimpulsen mittels zweier gleichartiger Flächentransistoren in transformatorischer Stromkopplung zwischen den Kollektor- und Basiselektroden und einem gemeinsamen Vorwiderstand in der Zuleitung zu den Emitteroder Basiselektroden gestattet die Erzeugung frequenzkonstanter Rechteckimpulse hoher Leistung und guter Rechteckform, indem parallel zu dem Vorwiderstand eine Stromzwangsschaltung aus der Reihenschaltung einer Batterie und eines Widerstandes angeordnet wird, deren Strombegrenzungswert zwecks Regelung der Impulsfrequenz veränderlich einstellbar ist. Durch diese Stromzwangsschaltung wird nämlich durch den fließenden Strom die Emitter-Basis-Spannung sehr kurzzeitig geändert, da der Emitterstrom auf einen festen Wert begrenzt wird. Dadurch wird wirksam ein weiterer Stromanstieg verhindert und eine gute Rechteckform der abgegebenen Spannung bewirkt. Durch Veränderung des Begrenzungswertes für den Emitterstrom läßt sich eine eindeutige Änderung der Impulsfrequenz erzielen, so daß die trotz der gegenkoppelnden Wirkung der Strombegrenzerschaltung noch vorhandenen Abweichungen von der Sollfrequenz ausgeregelt werden können.

Die beiden hier als PNP-Flächentransistoren dargestellten Transistoren liefern Ströme in die entgegengesetzten Hälften einer Primärwicklung eines Ausgangstransformators. Eine Sekundärwicklung des Transformators leitet Rückkopplungsspannungen zu Astabile Kippschaltung
mit Flächentransistoren

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfmgen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. September 1954

George Duncan Bruce, Wappinger Falls, N. Y.,
und Robert Louis Erbsen, Hopewell Junction, N. Y.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

den Basen der beiden Transistoren. Die Sekundärwicklung ist so angeschlossen, daß sie eine positive Rückkopplung vom Ausgangskreis jedes Transistors zu seinem Eingang liefert und außerdem mit der anderen Hälfte der Primärwicklung zusammenwirkt, um eine negative Kreuzkopplung von dem einen Transistor zum anderen zu bilden. Die Primär- und die Sekundärwicklung sind in der Mitte angezapft, und die Abgriffe sind über Strombegrenzungsmittel, bestehend aus Widerstand und Kondensator, und geeignete Vorspannungserzeuger an die Emitter der Transistoren angeschlossen.

Die Schaltung arbeitet als Kippschwinger. Der eine Transistor schaltet ein, und der Stromfluß durch ihn steigt infolge der positiven Rückkopplung, während der Stromfluß durch den anderen durch die negative Kreuzkopplung gesperrt wird. Dies wird fortgesetzt, bis der Strombegrenzungswiderstand im Emitterkreis wirksam wird, woraufhin der Stromfluß abnimmt, der positive Rückkopplungseffekt aufhört und die negative Kreuzkopplung wirksam wird, um den anderen Transistor EIN-zuschalten.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen: Fig. 1 ist das Schaltschema einer Rechteckwellengeneratorschal tung nach der Erfindung;

i09 679/144

3 4

Fig. 2 ist das Schaltschema einer abgewandelten Emitter 1 e und Widerstand 10. Der erhöhte Span-Ausführung dieser Schaltung. nungsabfall am Widerstand 10 bewirkt, daß der Emit-Die Schaltung von Fig. 1 umfaßt zwei PNP-Tran- ter 1 e in negativer Richtung vorgespannt wird, was sistoren 1 und 2 mit den Emittern Ie und Ie, den dazu führt, den Stromfluß im Transistor 1 zu verrin-Basen 1 b und 2 b und den Kollektoren 1 c und 2 c. 5 gern. Schließlich wird ein Punkt erreicht, wo der Die Kollektorelektroden lc und 2c sind an die ent- Effekt der negativen Vorspannung des Emitters Ie gegengesetzten Enden einer Primärwicklung 3 des den Effekt der positiven Rückkopplung durch die Ausgangstransformators 4 angeschlossen. Die Primär- Basis 1 b überwindet und der Stromfluß durch den wicklung 3 hat einen mittleren Abgriff 5, der über eine Kollektor 1 c zu wachsen aufhört. Wenn das geschieht. Vorspannungsbatterie 6 geerdet ist. io wird aus der Mitkopplung zur Basis 1 b eine Gegen-Der Transformator 4 hat eine Sekundärwicklung 7, kopplung und hilft dem Strombegrenzungswiderstand deren äußere Klemmen an;die Basen Ib bzw. 2b an- 10, den Stromfluß durch den Kollektor Ic zu verringeschlossen sind und deren mittlerer Abgriff 8 geerdet gern. Die Effekte sind kumulativ und bewirken eine ist. Die Primär- und Sekundärwicklungen 3 und 7 schnellere Ausschaltung-des Transistors 1. Wenn der sind magnetisch so angeordnet und elektrisch so ver- 15 Stromfluß durch Kollektor 1 c abnimmt, liefert die in bunden, daß diejenige Hälfte der Primärwicklung 3, der Sekundärwicklung 7 induzierte EMK ein Potendie in Reihe mit dem Kollektor 1 c liegt, in dem Trans- tial zur Basis 2 & mit dem Bestreben, den Stromfluß formator einen Fluß in solcher Richtung erzeugt, daß durch den Transistor 2 zu vergrößern. Der wachsende die durch den Fluß in der Wicklung 7 bei zunehmen- Stromfluß durch Transistor 2 neigt dazu, die positive dem Strom und Fluß erzeugte EMK die richtige 20 Rückkopplung zur Basis 2b zu verstärken, wodurch Polarität hat, um eine positive Rückkopplung zur - Transistor 2 ebenso schnell ein- wie Transistor 1 ausBasis 1 b des Transistors 1 zu bewirken, wodurch der geschaltet wird. Der oben beschriebene Arbeitszyklus Stromfluß durch den Kellektor 1 c weiter verstärkt wird nun wiederholt, so daß der Transistor 1 wieder wird. Umgekehrt wird bei abnehmendem Strom und eingeschaltet wird. Der Zyklus setzt sich endlos fort. Kraftlinienfluß die Polarität der induzierten EMK 25 Die Arbeitsfrequenz des Rechteckwellengenerators umgekehrt, so daß sie dazu neigt, den Strom weiter zu wird durch die Einstellung des Widerstandes 10 beverringern, stimmt. Der Widerstand 12 leitet einen Teil des Ein ähnliches Verhältnis besteht zwischen derjenigen Stroms von der Batterie 11 durch Widerstand 10 Hälfte der Primärwicklung 3, die in Reihe mit dem und 12 zur Erde ab und erzeugt dadurch die positive Kollektor 2c liegt, und derjenigen Hälfte der Sekun- 30 Vorspannung der Emitter, die nötig ist, um die Trandärwicklung 7, die in Reihe mit der Basis 2 b liegt. sistoren einzuschalten. Der Kondensator 13 dient als Andererseits erzeugt ein durch die in Reihe mit dem Speicher während der Umschaltzeit und bewirkt da-Kollektor 1 c geschaltete Hälfte der Sekundärwick- durch eine schnellere Umschaltung, wodurch die Anlung 3 fließender zunehmender Strom einen Kraft- Stiegszeiten der Ströme in den Transistoren verbeslänienfluß, welcher in derjenigen Hälfte der Sekundär- 35 sert werden.

wicklung 7, die in Reihe mit der Basis 2 b liegt, eine Die Transformatorkopplung gestattet es, starke EMK von solcher Polarität induziert, daß sie die Ausgangsströme in der Sekundärwicklung 14 zu erNeigung hat, den Stromfluß im Transistor 2 zu ver- zeugen und hält die Impedanz des an die Klemmen 15 ringern oder zu sperren. und 16 angeschlossenen Ausgangskreises im wesent-Daher erzeugt ein abnehmender Strom durch den 40 liehen unabhängig vom Innenwiderstand des Genera-Kollektor Ic ein Potential a.n der Basis 2 b, das be- torkreises.

strebt ist, den Stromfluß im Transistor 2 zu verstär- Fig. 2 ähnelt im allgemeinen Fig. 1 mit der Ausken. Dasselbe trifft zu in liezug auf das Verhältnis nähme, daß die Stromquellen etwas anders angeordnet zwischen dem Stromfluß durch den Kollektor 2 c und sind, so daß die Emitter Ie und Ze geerdet sind und der EMK, die als Ergebnis davon in Reihe mit der 45 die Vorspannungen von der zwischen der Erde und Basis 1 b induziert wird. Dies ist die obenerwähnte den Basen 1 b und 2 b eingeschalteten Batterie 11 und negative Kreuzkopplungsanordnung. dem Widerstand 10 geliefert werden. Die Arbeits-Die Emitter 1 e und 2e sind miteinander durch eine weise der Schaltung von Fig. 2 entspricht der in Fig. 1 Leitung 9 verbunden. Zwischen der Leitung 9 und dargestellten. Übereinstimmende Elemente haben in der Erde liegt ein veränderlicher Widerstand 10 50 beiden Figuren dieselben Bezugsziffern erhalten. Eine in Reihe mit Batterie It."" Außerdem befinden sich weitere Beschreibung der Arbeitsweise von Fig. 2 zwischen der Leitung 9 und Erde ein fester Wider- wird für unnötig gehalten.

stand 12 und ein zu ihm parallel geschalteter Kon- Während hier PNP-Transistoren gezeigt wurden,

densator 13. ." versteht es sich, daß ebenso gut NPN-Transistoren

Eine Ausgangssekundärwicklung 14 ist auf dem 55 verwendet werden könnten, wenn die verschiedenen

Transformator 4 vorgesehen und an die Ausgangs- Batterien umgepolt werden.

klemmen 15 und 16 angeschlossen. Die nachstehende Tabelle zeigt als Beispiel beWenn die Schaltung von Fig. 1 eingeschaltet wird, stimmte Werte für die Potentiale der verschiedenen neigen beide Transistoren 1 und 2 dazu, leitend zu Batterien und für die Werte der verschiedenen Widerwerden. Durch den oben beschriebenen negativen ^6o stände und Kondensatoren in erfolgreich erprobten Kreuzkopplungseffekt hat der eine oder der andere Schaltungen. Einige Werte erscheinen auch in der Transistor das Übergewicht und sperrt den Stromfluß Zeichnung. Die Werte dienen jedoch nur als Beispiele in dem anderen Transistor. Es sei angenommen, daß und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken, der Transistor 1 der schnellere ist und daß er den

Stromfluß im Transistor 2 sperrt. Der Stromfluß 65 Batterie 6 8 Volt

durch den Transistor 1 induziert nun eine positive Widerstand 10 ·. 50 Kiloohm

Rückkopplungsspannung in der Sekundärwicklung 7 Batterie 11 15 Volt

von einer solchen Polarität, daß der Strom durch Widerstand 12 1 Kiloohm

Kollektor 1 c weiter ansteigt. Beim Anwachsen dieses Kondensator 13 0,005 pF

Stromflusses wächst ebenso -der Stromfluß durch 7° Wicklung 3/Wieklung 7 .... Windungsverhältnis 6 :1

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Astabile Kippschaltung zur Erzeugung von E-echteckimpulsen mittels zweier gleichartiger Flächentransistoren in transformatorischer Stromkopplung zwischen den Kollektor- und Basiselektroden und einem gemeinsamen Vorwiderstand in der Zuleitung zu den Emitter- oder Basiselektroden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu diesem Vorwiderstand eine Stromzwangsschaltung aus der Reihenschaltung einer Batterie und eines Widerstandes angeordnet ist, deren Strombegrenzungswert zwecks Regelung der Impulsfrequenz veränderlich einstellbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Eingangselektroden über einen Spannungsteiler (10, 12) gebildet wird und eine Kapazität (13) solcher Größe dem Spannungsteiler parallel geschaltet ist, daß die Kapazität (13) nur während der Stromübergangszeit als Speicher wirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 475 568, 579 926;
britische Patentschriften Nr. 226 216, 149 018;
»Proceedings of the IRE«, Februar 1954, S. 393.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© S09 679/144 11.5&