DE1124547B

DE1124547B - Astable multivibrator for controlling switching processes with a transistor

Info

Publication number: DE1124547B
Application number: DESCH11026A
Authority: DE
Inventors: Otto Schulz; Kurt Daehne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-11-17
Filing date: 1952-11-17
Publication date: 1962-03-01
Also published as: DE1124547C2

Description

Astabile Kippschaltung zur Steuerung von Schaltvorgängen mit einem Transistor Auf vielen Gebieten der Technik werden selbständig a&eitende Schaltvorrichtungen, wie z. B. zum Schalten von Blinksignalen, Lichteffekten, Auslösen von akustischen Signalen u. dgL, verwendet. Es werden für diese Zwecke sowohl mechanische als auch elektrische Schaltvorrichtungen benutzt. Werden rein mechanische Schaltwerke verwendet, so muß der Schaltmechanismus sehr genau hergestellt und in den Werkstoffen ausgewählt sein, um beispielsweise mit einer Zeitfolge von 1/io bis zu etwa 1/2o Sekunde schalten zu können. Zudem ist es verhältnismäßig schwierig, den Abstand zwischen Pause und Kontaktgabe auf einfache Art und Weise im Verhältnis 1: 10 bis 10: 1 oder andere Verhältnisse einzustellen. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich auch, wenn elektrische, Schaltvorrichtungen mit niedriger Spannung, z. B. 4 Volt, betrieben werden sollen. Das Auf- und Umladen von Kondensatoren über Relais ist bei derartig kleinen Spannungen wegen der kleinen gespeicherten Elektrizitätsmengen in der gewür#schten Frequenzfolge mit leicht regelbarer Veränderung des Verhältnisses zwischen Pausenzeit und Kontaktzeit kaum möglich. Auf Wärmewirkung ansprechende Schaltorgane lassen sich auch nur mit Vorteil bei etwas höheren Spannungen anwenden. Andererseits besitzen sie den Nachteil der Trägheit und der meist etwas ungenaueren Zeitfolge.Astable multivibrator for controlling switching processes with a transistor In many areas of technology, independently operating switching devices, such as e.g. B. for switching flashing signals, light effects, triggering acoustic signals and the like. Both mechanical and electrical switching devices are used for this purpose. If purely mechanical switching mechanisms are used, the switching mechanism must be manufactured very precisely and the materials selected in order to be able to switch, for example, with a time sequence of 1/10 to about 1 / 2o of a second. In addition, it is relatively difficult to set the distance between pause and contact in a simple manner in a ratio of 1:10 to 10: 1 or other ratios. Particular difficulties also arise when electrical, low voltage switching devices such. B. 4 volts are to be operated. The charging and reloading of capacitors via relays is hardly possible with such small voltages because of the small amounts of electricity stored in the desired frequency sequence with easily controllable changes in the ratio between pause time and contact time. Switching elements which respond to the effect of heat can only be used with advantage at somewhat higher voltages. On the other hand, they have the disadvantage of inertia and the usually somewhat inaccurate time sequence.

Wenn eine Schaltvorrichtung mit Kippschwingröhren oder Glimmlampen ausgerüstet, also als astabile Kippschaltung ausgebildet wird, so kann die Frequenzfolge und auch der Abstand zwischen Pausenzeit und Kontaktzeit den gewünschten Forderungen entsprechend eingestellt werden. Jedoch arbeiten derartige Schaltungen ebenfalls mit höheren Spannungen und haben zudem den Nachteil eines erheblichen Leistungsverlustes.If a switching device with oscillating oscillating tubes or glow lamps equipped, so designed as an astable multivibrator, the frequency sequence and also the interval between break time and contact time meet the desired requirements be set accordingly. However, such circuits also work with higher voltages and also have the disadvantage of a considerable loss of power.

Im übrigen sind an vielen Orten, wo selbständig arbeitende Schaltvorrichtungen benötigt werden, nur niedrige Spannungen oder auch überhaupt keine Stromquellen vorhanden. Beispielsweise ist es erwünscht, an abgestellten Kraftwagen auf der Landstraße, also Kraftwagen mit stillgesetztem Motor und keiner Leistungsreserve, auf Baustellen oder an ge- fährdeten Verkehrspunkten mit geringer Spannung und minimaler Leistung arbeitende Blinkanlagen zu verwenden, um Unfälle zu vermeiden. Ferner ist es zweckmäßig, schwierige Fahrstrecken bei Dunkelheit mit Hilfe von Blinkanlagen zu markieren.In addition, in many places where independently operating switching devices are required, only low voltages or even no power sources at all are available. For example, it is desirable to working at the parked cars on the road, so cars with stillgesetztem engine and no power reserve, on construction sites or overall endangered traffic points with low voltage and minimum power flashing plants to use in order to avoid accidents. It is also useful to mark difficult routes in the dark with the aid of flashing systems.

Es ist bereits eine astabile Kippschaltung zur Steuerung von Schaltvorgängen mit einem Transistor vorgeschlagen worden, dessen Kollektor unmittelbar mit dem einen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist und zwischen dessen Emitter und dem anderen Pol der Spannungsquelle die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators liegt und in dessen Basiskreis ein Rückkopplungswiderstand angeordnet ist.It is already an astable multivibrator for controlling switching processes has been proposed with a transistor whose collector is directly connected to the one pole of a voltage source is connected and between its emitter and the the other pole of the voltage source is the parallel connection of a resistor and one Capacitor and arranged in its base circuit a feedback resistor is.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer solchen astabilen Kippschaltung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter und der RC-Kombination die Steuerwicklung eines Relais geschaltet ist.The invention relates to an improvement in such an astable multivibrator. It is characterized in that between the emitter and the RC combination the control winding of a relay is switched.

Die astabile Kippschaltung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie bereits bei sehr niedriger Spannung mit hinreichender Zeitgenauigkeit arbeitet. Es genügt beispielsweise die Spannung einer Taschenlampenbatterie, und der Leistungsverbrauch der astabilen Kippschaltung ist verhältnismäßig gering. So beträgt die Verlustleistung beispielsweise nur 10 mw.The astable multivibrator according to the invention has the advantage that it works with sufficient timing accuracy even at a very low voltage. For example, the voltage of a flashlight battery is sufficient and the power consumption of the astable multivibrator is relatively low. For example, the power loss is only 10 mw.

Der Transistor dient in der Schaltung nach der Erfindung als Stromtor. Es wird dabei seine besondere Eigenschaft ausgenutzt, daß der Emitter beinegativer Spannung gegenüber der Basis keinen Strom führt, bei einem geringen positiven Potential gegenüber der Basis der Emitter aber stark emittiert.The transistor serves as a current gate in the circuit according to the invention. It uses its special property that the emitter is leg negative Voltage compared to the base does not carry any current, at a low positive potential but emitted strongly compared to the base of the emitter.

Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an den in den Abb. 1 und 2 in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Während die Abb. 1 eine Schaltungsanordnung wiedergibt, die zur Steuerung einer Lichtquelle dient, enthält die Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Auslösen akustischer Signale.The object of the invention is illustrated below with the results shown in Fig. 1 and 2 schematically exemplary embodiments. While Fig. 1 shows a circuit arrangement which is used to control a light source, Fig. 2 contains an embodiment of a circuit for triggering acoustic signals.

In der Abb. 1 ist mit E der Emitter, mit B die Basis und mit K der Kollektor des Transistors bezeichnet. In der Emitterzuleitung- liegt ein zweckmäßigerweise regelbarer Widerstand RJ, während der Basiswiderstand mit R , bezeichnet ist. Der die Zeitkonstante zusammen mit dem Widerstand R bestimmende Kondensator C liegt zwischen der Emlitterzuführung und einem Punkt der Schaltung, der ein festes oder annähernd festes Potential wie etwa der +-Pol der Batterie gegenüber der Kollektorelektrode besitzt. Ist zunächst der Kondensator in dieser Schaltung spannungslos und werden die Betriebsspannungen, wie in der Zeichnung angegeben, an den Transistor gelegt, so lädt der vom Emitter zum Kollektor zunächst fließendeStromstoß dieEmitterseitedesKondensators negativ gegenüber der am +-Pol der Batterie liegenden anderen Belegung auf. Der Kondensator verliert in der nun folgenden Zeitspanne -über den einstellbaren Widerstand Ri mit einstellbarer Zeit seine Ladung, so daß der Emitter schließlich wieder positives Potential gegenüber dem Kollektor bzw. gegenüber der Basis erhält und die Umladung wie beschrieben von neuem beginnt. Bei jedem Stromstoß kommt die in der Einitterzuführung liegende Steuerwicklung, in diesem Fall das Schaltorgan A, ein Relais. oder ein Schrittschaltwerk oder auch ein anderes ähnliches Gerät unter Strom und betätigt die davon abhängigen Stromkreise.In Fig. 1 , E denotes the emitter, B denotes the base and K denotes the collector of the transistor. An expediently controllable resistor RJ is located in the emitter feed line, while the base resistor is denoted by R. The capacitor C , which determines the time constant together with the resistor R, is located between the emlitter feed and a point on the circuit which has a fixed or approximately fixed potential such as the + pole of the battery with respect to the collector electrode. If the capacitor in this circuit is initially de-energized and the operating voltages are applied to the transistor, as indicated in the drawing, the current surge initially flowing from the emitter to the collector charges the emitter side of the capacitor negatively compared to the other assignment on the + pole of the battery. The capacitor loses its charge in the now following period of time via the adjustable resistor Ri with an adjustable time, so that the emitter finally receives positive potential again with respect to the collector or with respect to the base and the charge reversal begins again as described. With every current surge, the control winding located in the single-element feed, in this case the switching element A, a relay comes into play. or a stepping mechanism or another similar device under power and actuates the circuits that depend on it.

Die Schaltungsanordnung nach Abb. 2 dient zur Steuerung eines Tongenerators, in vorliegendem Fall eines Lautsprechers. Die -einzelnen Elemente der Schaltung sind mit den entsprechenden Bezugszeichen wie diejenigen in der Abb. 1 versehen, wobei die Bauteile der ersten Stufe mit einem Strich und diejenigen der zweiten Stufe mit dem betreffenden Buchstaben und zwei Strichen bezeichnet sind. Die erste Stufe entspricht schaltungsmäßig der Anordnung nach der Abb. 1. In der zweiten Stufe ist ein weiterer Transistor vorgesehen, welche in Schwingschaltung arbeitet. Durch Änderung, des äußeren Belastungswiderstandes oder des S#liwingsysteins können verschiedene Frequenzen abgegeben werden, so daß auf diese Weise Toneffekte erzeugt werden. Mit a ist in der dargestellten Schaltung der Schaltarin bezeichnet. G ist das verstimmbare Resonanzglied des Tongenerators.The circuit arrangement according to Fig. 2 is used to control a tone generator, in the present case a loudspeaker. The individual elements of the circuit are provided with the corresponding reference numerals as those in FIG. 1 , the components of the first stage being indicated by a prime and those of the second stage by the relevant letter and two lines. The circuit of the first stage corresponds to the arrangement according to Fig. 1. In the second stage, a further transistor is provided which works in an oscillating circuit. By changing the external load resistance or the swinging system, different frequencies can be emitted, so that sound effects are generated in this way. With a in the circuit shown, the Schaltarin is designated. G is the detunable resonance element of the tone generator.

Die astabile Kippschaltung nach der Erfindung kann einschließlich der Pausenzeiten und Kontaktzeiten nach einem beliebigen Programm eingestellt werden. Durch geeignete Wahl der Größe des Widerstandes RJ, des Kondensators C und der Spannung sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Beispielsweise beträgt bei einer angelegten Spannung von 6 Volt, einem Kondensator von 200 RF und einem Widerstand Ri von 2000 Ohm der Abstand zwischen den einzelnen Signalen 2 Sekunden und das Verhältnis von Pausenzeit zu Kontaktzeit 5: 1. Mit den im Beispiel angegebenen Werten von C und Spannung, bei ebenfalls festbleibendem Widerstand R 2 sind durch Ändern des Widerstandes Ri schon weite Einstellbereiche gegeben. Der Widerstand R2 kann zwischen 0,2 und 5 kOhm, je nach angelegter Spannung, i gewählt werden. Die Frequenzfolge, läßt sich von 0,1 bis zu einigen Hertz regeln. Das Verhältnis von Pausenzeit zu Kontaktzeit kann bis zu 10: 1 geändert werden.The astable multivibrator according to the invention, including the pause times and contact times, can be set according to any program. A suitable choice of the size of the resistor RJ, the capacitor C and the voltage provides various options. For example, with an applied voltage of 6 volts, a capacitor of 200 RF and a resistance Ri of 2000 ohms, the distance between the individual signals is 2 seconds and the ratio of pause time to contact time is 5: 1. With the values of C and given in the example Voltage, with the resistance R 2 also remaining fixed, wide setting ranges are already given by changing the resistance Ri. The resistor R2 can be selected between 0.2 and 5 kOhm, depending on the applied voltage, i. The frequency sequence can be regulated from 0.1 to a few Hertz. The ratio of pause time to contact time can be changed up to 10: 1 .

Während der Entladung fließt ein Strom von i -einigen Milliampere, so daß einfache Schaltwerke benutzt werden können. Außer dem Arbeitssystem im Emitterkreis kommen keine weiteren mechanisch arbeitenden Teile zur Anwendung. Die Lebenszeit eines Transistors ist praktisch unbegrenzt. Da auch sonst nur verhältnismäßig wenige Einbauteile zum Einsatz kommen, ist das äußerlich sehr klein zu haltende Gerät auch sehr betriebssicher.During the discharge, a current of a few milliamperes flows, so that simple switching mechanisms can be used. Except for the work system in the emitter circuit no other mechanically working parts are used. The life time of a transistor is practically unlimited. Since only relatively few otherwise Built-in parts are used, so the device, which has to be kept very small on the outside, is also very reliable.

Die astabile Kippschaltung nach der Erfindung kann in vielen Fällen Anwendung finden, wo Licht-oder Toneffekte ausgelöst werden sollen. Sollen Toneffekte ausgelöst werden, so wird zweckmäßig zur Erzeugung dieser Töne ein in Schwingschaltung arbeitender Transistor nach Abb. 2 benutzt. Dieser Schwingungserzeuger kann so geschaltet sein, daß er durch Ändern seiner äußeren Belastung oder durch Ändern seines Schwingsystems in seiner Frequenz verstimmt wird, so daß bei Benutzung eines Schrittschaltwerkes bei jedem Schritt des Schrittschaltwerkes ein anderer Ton abgegeben werden kann. Da die astabile Kippschaltung, sowohl in der Frequenz als auch im Verhältnis zwischen Pausenzeit und Kontaktzeit, beliebig einzustellen ist, können beliebige Tonreihen in beliebiger Folge abgegeben werden. Der Tongenerator mit einem Transistor arbeitet bei einer Verlustleistung von 0,3 bis 0,4 W und gibt hierbei eine Nutzleistung von etwa 40 mW al). Es lassen sich auch andere Nutzleistungen bei anderen Verlustleistungen einstellen.The astable multivibrator according to the invention can be used in many cases where light or sound effects are to be triggered. If sound effects are to be triggered, a transistor operating in an oscillating circuit as shown in Fig. 2 is expediently used to generate these sounds. This vibration generator can be switched in such a way that it is detuned in frequency by changing its external load or by changing its vibration system, so that when using a stepping mechanism a different tone can be emitted at each step of the stepping mechanism. Since the astable multivibrator can be set as required, both in terms of frequency and in the ratio between pause time and contact time, any series of tones can be emitted in any order. The tone generator with a transistor works with a power loss of 0.3 to 0.4 W and gives a useful power of about 40 mW al). Other useful powers can also be set with other power losses.

Die Schaltung nach der Erfindung kann auch bei solchen Schaltvorgängen Anwendung finden, die in einer bestimmten Folge ablaufen müssen. Es ist auch möglich, sie als Blinklichtschalteer einzusetzen. Wenn eine solche Schaltung mit einem Transistor bei Kraftwagen verwendet werden soll, kann die Wagenbatterie zur Speisung benutzt werden. Die Schaltung läßt sich ohne weiteres erschütterungsfest einbauen, so daß sie gegen bei der Fahrt auftretende Stöße od. dgl. unempfindlich ist. Zweckmäßigerweise kann bei einem Kraftwagen die Rücklichtlampe als Blinklicht ausgebildet werden. Das Blinklicht kann so eingestellt werden, daß die Brennzeit sehr kurz ist. Bei der Verwendung von gut reflektierenden Lichtquellen ist mit einer 2-Watt-Lampe in Blinklichtschaltung eine genügende Reichweite zu erzielen. Die Lampe verbraucht bei einer Lichtblitzfolge von einer Sekunde und Blinkzeit von 11r, Sekunde in 10 Stunden bei einer Batteriespannung von 6 Volt 0,67 Amperestanden. Eine kleinere Batterie mit 15 Amperestunden würde bei Dauerbetrieb also 225 Stunden ausreichen. Die astabile Kippschaltung nach der Erfindung benötigt bei 6 Volt nur 1,5 bis 2 mA, so daß diese Verluste vernachlässigbar klein sind.The circuit according to the invention can also be used in switching operations that have to take place in a specific sequence. It is also possible to use it as a flashing light switch. If such a circuit with a transistor is to be used in motor vehicles, the vehicle battery can be used for supply. The circuit can easily be installed in a vibration-proof manner, so that it is insensitive to impacts or the like that occur while driving. In a motor vehicle, the taillight lamp can expediently be designed as a flashing light. The flashing light can be set so that the burning time is very short. When using well-reflecting light sources, a 2-watt lamp with a flashing light circuit can be used to achieve a sufficient range. With a flash sequence of one second and a flashing time of 11r, the lamp consumes 0.67 amperes in 10 hours with a battery voltage of 6 volts. A smaller battery with 15 ampere hours would be sufficient for 225 hours of continuous operation. The astable multivibrator according to the invention requires only 1.5 to 2 mA at 6 volts, so that these losses are negligibly small.

Infolge der Möglichkeit, Licht- oder Toneffekte auszulösen, die wegen der kurzzeitigen Unterbrechungen bzw. wegen des blitzartigen Aufleuchtens besonders auffällig und unübersehbar sind, kann die Kippschaltung nach der Erfindung mit besonderem Vorteil auch für Reklamezwecke benutzt werden. Neben den bereits angegebenen Verwendungsmöglichkeiten kommt die astabile Kippschaltung nach der Erfindung unter anderem auch für Zeichen- und Signalgeber für Telefonanlagen in Betracht.As a result of the possibility of triggering light or sound effects due to the short-term interruptions or because of the lightning-like flashing especially are conspicuous and unmistakable, the toggle switch according to the invention can with special Advantageously can also be used for advertising purposes. In addition to the already specified uses comes the astable toggle switch according to the invention, among other things, for character and signaling devices for telephone systems into consideration.

Claims

PATENT CLAIM. Astable multivibrator for controlling switching processes with a transistor whose collector is directly connected to one pole of a voltage source and between its emitter and the other pole of the voltage source is the parallel connection of a resistor and a capacitor and in whose base circuit a feedback resistor is arranged, characterized that the control winding of a relay is connected between the emitter and the RC combination. Considered publications: German Patent Nos. 862474, 391965, 695841. Prior patents considered: German Patent No. 1 074 772.