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Transistor-Multivibrator Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Multivibrator,
der in üblicher Weise aus zwei zwischen Basis und Kollektor durch Kondensatoren
kreuzweise verbundenen und über Basis- und Kollektorwiderstände zu speisenden Transistoren
in gemeinsamer Emitterschaltungbesteht. Bei solchenTransistor-Multivibratoren hat
sich die Schwierigkeit ergeben, daß sie, wenn sie selbstanlaufend sind, keine reine
Rechteckspannung abgeben und, wenn sie eine reine Rechteckspannung abgeben, ihr
Anlaufen unzuverlässig ist: Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde,
einen selbstanlaufenden Transistor-Multivibrator zu schaffen, der eine reine Rechteckspannung
abgibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speisespannung
zwischen Basis und Emitter aus der Kombination einer äußeren Gleichspannung und
einer von den an den Kollektoren der Transistoren auftretenden Impulsen abgeleiteten
Gleichspannung besteht, wobei die äußere Gleichspannung eine derartige Größe hat,
daß durch sie der Kollektorstrom nicht in den Sättigungsbereich gesteuert wird,
sowie dadurch, daß die aus den Ausgangsimpulsen abgeleitete Gleichspannung einen
derartigen Wert annimmt, daß der Kollektorstrom des jeweils leitenden Transistors
in den Sättigungsbereich gesteuert wird. Die Speisespannung zwischen Basis und Emitter,
in der Folge Basisspannung genannt, ist also klein beim Anlauf und groß während
des Betriebes. Bei der kleinen Anlauf-Basisspannung ist der Kollektorstrom nicht
gesättigt; in diesem Zustand kann dann der Multivibrator anlaufen, wie im folgenden
gezeigt wird.
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Für den während des Betriebes jeweils leitenden Transistor besitzt
der Kollektorstrom immer den Sättigungswert. In diesem Fall gibt der Generator eine
reine Rechteckspannung ab. Bei einem derartigen Generator ist außerdem die Generatorfrequenz
streng proportional zu der Basisspannung.
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Dies ist von großer Bedeutung für die Anwendung des Impulsgenerators
in Fernmeßsystemen, worin die zu messende Größe in eine Spannung umgesetzt wird,
die wiederum als äußere Spannung die Frequenz des Generators bestimmt. Bei der Anwendung
von bekannten Schaltungen, die reine Rechteckspannungen abgeben, in Fernmeßsystemen
besteht jedoch die Gefahr, daß der Generator infolge großer Schwankungen der Basisspannung
aussetzen kann und dann nicht von selbst wieder anläuft. Vorzugsweise wird die aus
den Ausgangsimpulsen abgeleitete Spannung mittels Gleichrichtung erhalten.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die primäre Wicklung
eines Transformators zwischen die Kollektoren der Transistoren geschaltet. Die sekundäre
Wicklung des Transformators ist mit einer Mittenanzapfung versehen, die mit einer
Klemme eines Kondensators verbunden ist, dessen andere Klemme über die Basiswiderstände
der Transistoren verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung sind über Gleichrichter
ebenfalls mit den Basiswiderständen verbunden. Die äußere Gleichspannung ist schließlich
zwischen den Emittern und der Mittelanzapfung des Transformators angeschlossen.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung nunmehr näher erörtert.
Es zeigt Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 2 die Kennlinienschar der Transistoren, Fig. 3 den funktionellen Zusammenhang
zwischen der erregten Frequenz und der Basisspannung, Fig. 4 eine vollständigere
Ausführungsform.
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In der Fig. 1 sind Emitter 14 und 15 der pnp-Transistoren 1 und 2
mit Erde verbunden. Die Kollektoren liegen über die Widerstände R,1 und R" an der
Spannungsquelle E" während die Kondensatoren Cl und C2 die Basen 9 und 10 der Transistoren
1 und 2 kreuzweise mit den Kollektoren 12 und 11 verbinden.
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Die äußere Spannung Eu ist mittels des variablen Widerstandes 16 einstellbar
und ist mit der Mittelanzapfung 18 der Wicklung W2 des Transformators
17
verbunden. Die Wicklung W; ist mit den Kollektoren
11
und 12 verbunden. Die Enden 20 und 21 der sekundären Wicklung
W2 sind über Gleichrichter 22 und 23
an einem gemeinsamen Punkt
25 zusammengeschaltet. An diesen Punkt ist außerdem ein Kondensator
24
angeschlossen; dessen Gegenelektrode an die Mittelanzapfung 18 des Transformators
17 geschaltet ist.
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An den gemeinsamen Punkt 25 der Gleichrichter 22 und 23 und des Kondensators
24 sind auch die Basiswiderstände Rbl und Rb2 angelegt.
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Die Ausgangsimpulse E werden zwischen der Klemme
26 und Erde abgenommen. Die Spannung E9 des Kondensators 24 ist beim Einschalten
Null; dabei ist Eu derart gewählt, daß der Kollektorstrom 1, des leitenden
Transistors 1 bzw. 2 nicht gesättigt ist. Nach dem Einschalten nimmt
Eg bis auf die Amplitude der sekundären Transformatorspannung zu. Jetzt ist die
Basisspannung Eb in der Basiskette Eu -I- E8 groß genug, um den leitenden Transistor
1 bzw. 2 während der Peroide ihres »Offenseins« in gesättigtem Zustand
zu erhalten.
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In der Fig: 2 der Zeichnung ist die Kennlinienschar der Transistoren
1 und 2 mit dem Basisstrom 1b als Parameter dargestellt. Als Ordinate
ist der Kollektorstrom 1, und als Abszisse die Kollektorspannung Vk aufgetragen.
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Die Linie PQR von Fig. 2 ist die Arbeitslinie. Diese Linie schneidet
die horizontale Achse in dem Punkt Vk = E,. Da die Spannung Vk
= -Ec -I- Ic . Re ist, wird die Neigung der Linie von
bestimmt. Der Kollektorstrom Ic und die KollektorspannungEe werden, wenn die Belastung
des Transistors aus R, besteht, für jeden Wert des Basisstromes 1b durch die Schnittpunkte
der Arbeitslinie mit der betreffenden Kennlinie gefunden. Auf der Arbeitslinie stellt
P einen beliebigen Arbeitspunkt des Transistors für eine Transistoreinstellung dar,
wobei der Kollektorstrom I, nicht den Sättigungswert hat. In dem Punkte R ist I,
= 0. Der Transistor ist dann blockiert. Dieser Zustand wird praktisch bei
1b = 0 erreicht. Der Punkt Q ist der Sättigungspunkt; der KollektorstromI" kann
nicht mehr zunehmen; wie groß der Basisstrom Ib auch werden mag. In diesem Punkt
ist Vk sehr klein; dies ist der »offene« Zustand des Transistors.
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Wenn die Schaltung derart entworfen ist, daß die Transistoren in »offenem«
Zustand gesättigt bleiben, dann wird der Multivibrator schlecht anlaufen. Sind nämlich
beim Einschalten der Spannungen Eb und E, die Ladungen der Kondensatoren Cl und
C2 nahezu Null und die Transistoren 1 und 2 »offen«, dann ist ein
stabiler Zustand entstanden. Beide Transistoren befinden sich im Punkt Q. Eine kleine
Störung (Rauschen) im Basisstrom Ib hat keinen Einfluß auf I, oder Vx; die Verstärkung
ist null.
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Ein Zustand; bei dem ein Transistor oder beide geschlossen sind, kann
niemals stabil sein; weil nicht eine Basis oder beide dauernd positiv sein können.
Diese Fälle brauchen also nicht in Betracht gezogen zu werden.
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Wenn bei beiden »leitenden« Transistoren der Arbeitspunkt in P liegt;
dann hat eine kleine Störung von Ib wohl einen Einfluß auf Ij und Vk. Eine kleine
Zunahme von Ibl hat :eine Zunahme von 1c, zur Folge, wodurch V,tl weniger
negativ wird. Hierdurch nimmt der Strom durch Rbz zu und Vbz wird positiver. Jetzt
nimmt 1b, ab und auch Io, Die Folge ist, daß Vkz mehr negativ wird -und Ibl durch
Aufladen des Kondensators C2 zunimmt. Dies setzt sich fort, bis der Transistor
2 völlig geschlossen ist und I" seinen Höchstwert erreicht hat. Jetzt sind
die Kondensatoren Cl und C2 aufgeladen, und der Mechanismus ist in Gang gekommen.
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Abschließend kann von »offenen« Transistoren gesagt werden, daß die
Schaltung gut anläuft, wenn der Kollektorstrom I, nicht den Sättigungswert hat und
daß die Schaltung schlecht anläuft, wenn der Kollektorstrom I, den Sättigungswert
erreicht hat. Das Kriterium dafür, daß der Kollektorstrom den Sättigungswert besitzt,
ist die Größe der Basisspannung: Die Basisspannung Eb muß also beim Anlaufen klein
und während des Betriebes groß sein.
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Diese Bedingungen wurden im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 dadurch
erfüllt, daß ein zusätzlicher Beitrag E9 für Eb = Eu -[- E8 von den Kollektorwechselspannung
abgeleitet wurde.
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In Fig. 3 ist eine Kennlinie gezeigt, die nach der Formel
den Zusammenhang zwischen der erregten Frequenz f und der Basisspannung Eb darstellt.
In der Formel stellt z die Zeitkonstante Rbl - C, = Rbz - C,: dar. Die Kennlinie
ist gültig für den gesättigten Kollektorstrom I, bei »offenem« Zustand der Transistoren.
Aus der Kennlinie ergibt sich, daß f sich praktisch linear zu Eb ändert.
Dies ist wichtig bei Fernmeßsystemen für die Umsetzung von Meßwerten, die, gegebenenfalls
in Spannungen wie Eu umgesetzt, dem Multivibrator zugeführt werden, der dann eine
Impulsfolge E mit einer vom Meßwert linear abhängigen Frequenz f abgibt.
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Fig.4 zeigt eine vollständigere Ausführungsform der Erfindung, die
für eine Zentralfrequenz von 1300 Hz. entworfen wurde.
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In dieser Ausführungsform werden die Ausgangsimpulse E von der Wicklung
45 des Transformators 43
abgenommen. Die Steuerspannung Eu, die in
eine linear abhängige Frequenz umzusetzen ist, wird hier von der Stromquelle
30 mit dem inneren Widerstand 31
dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
bewährten sich die untenstehend aufgeführten Werte für die Elemente. Dabei versteht
sich, daß die Erfindung auf viele Weisen realisiert werden kann; Fig. 4 ist eine
dieser vielen Möglichkeiten. Die Werte werden somit nur der Erläuterung halber gegeben
und beschränken keineswegs den Anwendungsbereich der Erfindung: 30 ........
-1,5 Volt -#- + 1,5 Volt 31 ........ <100 Ohm 32/33 ...... 560
Ohm 34/35 ...... 27 - 10-9 Farad 36/37 ...... Transistor 0C72 Philips
38/39 ...... 39 000 Ohm 40/41 ...... Diode 0A85 Philips
42 ........ 1,6 - 10-g Farad 46 ........ Spule 2 - 900 Windungen von
0,1mm Durchmesser 45 ........ Spule 180 Windungen von 0,1 mm Durchmesser
44 ........ 900 Windungen von 0,1 mm Durchmesser 43 ........ Kern
Ferroxcube Philips Typ 5 690801/3 A