DE1144768B

DE1144768B - Cathode-coupled bistable multivibrator

Info

Publication number: DE1144768B
Application number: DEV21800A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Gaertner
Original assignee: Vakutronik VEB
Current assignee: Vakutronik VEB
Priority date: 1961-12-29
Filing date: 1961-12-29
Publication date: 1963-03-07

Description

Katodengekoppelte bistabile Kippschaltung Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung mit einer Diode im Katodenkreis, die es ermöglicht, die Eingangsempfindlichkeit einer bekannten katodengekoppelten bistabilen Kippschaltung beträchtlich zu verbessern.Cathode-coupled bistable multivibrator The invention relates to a bistable multivibrator with a diode in the cathode circuit, which enables the Input sensitivity of a known cathode-coupled bistable multivibrator to improve considerably.

Bei dieser bekannten Schaltung ist die Katode einer weiteren-Verstärkerröhre mit den Katoden der zur Kippschaltung gehörenden Röhren verbunden. Durch Wahl der Gittervorspannung der zusätzlichen Verstärkerröhre kann die Hysterese der Kippschaltung eingestellt bzw. verringert werden. Der Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß über diese besondere Gittervorspannung hinaus noch eine zusätzliche Anodenbetriebsspannung für diese zusätzliche Verstärkerröhre benötigt wird, wodurch Platzbedarf, Stromversorgung (Heizung wie Anodenstrom) und Wartung unerwünscht ungünstig werden.In this known circuit, the cathode is a further amplifier tube connected to the cathodes of the tubes belonging to the flip-flop circuit. By choosing the The grid bias of the additional amplifier tube can change the hysteresis of the flip-flop can be set or reduced. The disadvantage of this known circuit is there in that there is an additional anode operating voltage in addition to this special grid bias for this additional amplifier tube is required, which requires space, power supply (Heating such as anode current) and maintenance are undesirably unfavorable.

Zur Umformung beliebiger Spannungen in Rechteckimpulse und zur Diskriminierung von Impulshöhen sind allgemein Schaltungen bekannt, die eine bistabile katodengekoppelte Stufe mit Röhren oder Transistoren bestückt enthalten und als sogenannte Schmitt-Trigger-Schaltung bezeichnet werden.For converting any voltage into square pulses and for discrimination of pulse heights are generally known circuits which have a bistable cathode-coupled Stage equipped with tubes or transistors included and as a so-called Schmitt trigger circuit are designated.

Für die Anwendung solcher Schaltungen ist es von großer Bedeutung, daß der Kippvorgang in einer möglichst kurzen Zeit unabhängig vom Verlauf der auf eine solche Schaltung gegebenen Eingangsspannung vor sich geht. Dazu ist es aber notwendig, die Kreisverstärkung der Schaltung hinreichend groß zu wählen, da die Schnelligkeit des Kippvorganges unter anderem entscheidend von der Verstärkung abhängt. Eine große Verstärkung der Schaltung hat aber zur Folge, daß andererseits der Unterschied zwischen der Eingangsspannung, bei der die Schaltung in -die zweite stabile Lage kippt; und der Eingangsspannüng, bei der die Schaltung wieder in die Ruhelage zurückkippt - allgemein als Hysterese bezeichnet und be; kannt -, groß wird, denn die Hysterese- steigt proportional mit der Verstärkung an.For the application of such circuits it is of great importance that the tilting process in the shortest possible time regardless of the course of the such a circuit given input voltage is going on. But that's it necessary to choose the loop gain of the circuit sufficiently large, since the The speed of the tilting process depends, among other things, on the reinforcement. However, a large gain in the circuit has the consequence that, on the other hand, the difference between the input voltage at which the circuit is in -the second stable position tilts; and the input voltage at which the circuit tilts back into the rest position - commonly referred to as hysteresis and be; knows -, becomes large, because the hysteresis increases proportionally with the gain.

Da jedoch Eingangsspannungen, deren Höhe kleiner als die genannte Hysterese ist, von der Schaltung nicht verarbeitet werden können, besitzen die bekannten Schaltungen dieser Art den schwerwiegenden Nachteil, daß sich eine große Verstärkung und damit ein schneller Kippvorgang nicht gleichzeitig mit hoher Eingangsempfindlichkeit realisieren läßt. Infolge der Hysterese sind also große Verstärkung einerseits bzw. schnelle trägheitslose Funktion und gute Eingangsempfindlichkeit andererseits zwei sich widersprechende Forderungen, die nur durch Kompromiß teilweise zu überwinden sind.However, since input voltages, the level of which is less than that mentioned Hysteresis is, cannot be processed by the circuit, possess the known ones Circuits of this type have the serious disadvantage that there is a large gain and thus a quick tilting process not at the same time with high input sensitivity can be realized. As a result of the hysteresis, there is therefore a large gain on the one hand or fast inertia-free function and good input sensitivity on the other hand two contradicting demands that can only be partially overcome by compromise are.

Die Erfindung setzt sich nun die Aufgabe, die bekannte Schmitt-Trigger-Schaltung so zu verbessern und die Nachteile der bekanntgewordenen Schaltungen für solche Zwecke zu überwinden, daß Hysterese und Kreisverstärkung einer entsprechenden Kippschaltung voneinander unabhängig werden. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß an die, gemeinsame Katodenverbindung die Katode einer vorzugsweise Halbleiterdiode angeschlossen ist, deren Anode mit einer niederohmigen Zusatzspannungsquelle verbunden ist und die Spannungsdifferenz zwischen genannter Spannungsquelle und gemeinsamen Katoden der Kippschaltung im zweiten stabilen Zustand derselben den schnellen Kippvorgang, unabhängig von großem Anodenwiderstand,bestimmt.The invention now sets itself the task of the known Schmitt trigger circuit so to improve and the disadvantages of the known circuits for such Purposes to overcome that hysteresis and loop gain of a corresponding flip-flop become independent of each other. This is achieved according to the invention in that an the common cathode connection is the cathode of a preferably semiconductor diode is connected, the anode of which is connected to a low-resistance auxiliary voltage source and the voltage difference between said voltage source and common Cathodes of the flip-flop circuit in the second stable state of the same the fast flip-flop process, independent of high anode resistance.

Es ist erfindungsgemäß nun sichergestellt, @däß die sogenannte Schalthysterese bzw.- ein schneller. Kippvorgang beliebig einstellbar ist, ohne noch von dem für eine hohe Verstärkung erforderlichen großen Anodenwiderstand abhängig zu sein. Der zusätzliche Aufwand ist dabei kaum nennenswert.According to the invention, it is now ensured that the so-called switching hysteresis or - a faster one. Tilting process can be adjusted as desired without having to rely on the for a high gain required to be dependent on the large anode resistance. Of the additional effort is hardly worth mentioning.

Nachstehend sei der Erfindungsgedanke des näheren an Hand zweier Schaltbilder beschrieben.The idea of the invention is given below with reference to two circuit diagrams described.

Bild 1 zeigt eine bekannte Schmitt-Trigger-Schaltung, Bild 2 die erfindungsgemäß abgewandelte neue Schaltung.Figure 1 shows a known Schmitt trigger circuit, Figure 2 the one according to the invention modified new circuit.

In Bild 1 ist die bekannte Schaltung im Prinzip mit der positiven Betriebsspannung 1 und der negativen Betriebsspannung 0 zu erkennen. Das Gitter 2 der Röhre 3 erhält über den Spannungsteiler 4, 5, 6 oder, wenn die Gleichstromkopplung über die Widerstände 5, 6 durch einen Kondensator an der Stelle des Widerstandes 5 ersetzt ist, von einer getrennten, hier nicht eingezeichneten Spannungsquelle über den Widerstand 6 eine positive Spannung. Ist das Gitter 7 der Röhre 8 gegen die Spannung des Gitters 2 der Röhre 3 genügend negativ vorgespannt, so sperrt die Röhre 8, und die Röhre 3 leitet. Der Ruhestrom durch die Röhre 3 wird in erster Linie durch die Spannung :'des Gitters 2 der Röhre 3 und durch den gemeinsamen, Katodenwiderstand 9 bestimmt. Das Produkt aus Ruhestrom und Katodenwiderstand 9 ergibt die Spannung der gemeinsamen Katoden 10. Steigt die Spannung des Gitters 7 der Röhre 8 in positiver Richtung und erreicht annähernd die Spannung der Katoden 10'so beginnt die Röhre 8 zu leiten. Damit wird die Anode 11 der Röhre 8 infolge des Spannungsabfalles am Anodenwiderstand 4 negativer und ebenso das an die Anode 11 der Röhre 8 angekoppelte Gitter 2 der Röhre 3. Damit verkleinert sich der Ruhestrom dieser Röhre 3; und die Schaltung kippt in den zweiten stabilen Zustand, sobald die Röhre 8 so weit aufgesteuert worden ist, daß eine Kreisverstärkung größer als 1 erzielt wird. In dem zweiten stabilen Zustand, in dem die Röhre 8 leitet und die Röhre 3 sperrt, verbleibt die Schaltung so lange, wie die Eingangsspannung am Gitter 7 der Röhre 8 positiver als die zum Kippen erforderliche Spannung ist.In Figure 1, the known circuit can be seen in principle with the positive operating voltage 1 and the negative operating voltage 0. The grid 2 of the tube 3 receives it via the voltage divider 4, 5, 6 or, if the direct current coupling via the resistors 5, 6 is replaced by a capacitor at the location of the resistor 5, from a separate voltage source, not shown here, via the resistor 6 a positive voltage. If the grid 7 of the tube 8 is sufficiently negatively biased against the tension of the grid 2 of the tube 3, the tube 8 blocks and the tube 3 conducts. The quiescent current through the tube 3 is primarily determined by the voltage of the grid 2 of the tube 3 and by the common cathode resistor 9. The product of quiescent current and cathode resistance 9 gives the voltage of the common cathodes 10. If the voltage of the grid 7 of the tube 8 increases in a positive direction and almost reaches the voltage of the cathodes 10, the tube 8 begins to conduct. The anode 11 of the tube 8 thus becomes more negative as a result of the voltage drop across the anode resistor 4, as does the grid 2 of the tube 3 coupled to the anode 11 of the tube 8. The quiescent current of this tube 3 is thus reduced; and the circuit toggles into the second stable state as soon as the tube 8 has been opened so far that a loop gain greater than 1 is achieved. In the second stable state, in which the tube 8 conducts and the tube 3 blocks, the circuit remains as long as the input voltage at the grid 7 of the tube 8 is more positive than the voltage required for tilting.

Die gegen die Spannung der gemeinsamen Katoden 10 negative Spannung am Gitter 2 der Röhre 3 im zweiten stabilen Zustand ist um so größer; je höher der Spannungssprung an der Anode 11 der Röhre 8; also auch je größer der des Anodenwiderstandes 4 und damit je größer die Kreisverstärkung der Schaltung ist: Die genannte negative Spannung zwischen Gitter 2 der Röhre 3 und deren Katode 10 muß nun beim Absinken der Eingangsspannung am Gitter 7 der Röhre 8 wieder so weit verringert werden, bis die Röhre 3 zu leiten beginnt und die Kreisverstärkung wieder größer als 1 wird. Dann kippt die Schaltung wieder in die Ruhelage zurück. Da aber, solange die Röhre 3 im zweiten stabilen Zustand sperrt, die Verstärkung der Röhre 8 infolge des großen Katodenwiderstandes 9 sehr klein ist, muß die Eingangsspannung am Gitter 7 der Röhre 8 noch um die Hysterese unter die Spannung absinken, die beim Zeitpunkt des Hinkippens am Eingang 7 vorhanden war.The voltage on the grid 2 of the tube 3 in the second stable state, which is negative relative to the voltage of the common cathodes 10, is all the greater; the higher the voltage jump at the anode 11 of the tube 8; So also the greater that of the anode resistance 4 and thus the greater the loop gain of the circuit: The aforementioned negative voltage between grid 2 of tube 3 and its cathode 10 must now be reduced again when the input voltage at grid 7 of tube 8 drops, until the tube 3 begins to conduct and the loop gain is greater than 1 again. Then the circuit tilts back to the rest position. But since, as long as the tube 3 blocks in the second stable state, the gain of the tube 8 due to the large cathode resistance 9 is very small, the input voltage at the grid 7 of the tube 8 must still drop by the hysteresis below the voltage at the time of the tilting was present at entrance 7.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, für die Bild 2 ein Ausführungsbeispiel zeigt, sind dagegen trotz großer Verstärkung beliebig kleine Werte der Hysterese einstellbar. Zu diesem Zweck wird an die Katoden 10 eine Diode 13, vorzugsweise Halbleiterdiode, angeschlossen, die im Ruhezustand durch eine niederohmige Spannungsquelle 14 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Sinkt nach dem Hinkippen der Schaltung, d. h., wenn die Röhre 8 leitet und die Röhre 3 sperrt, die Eingangsspannung 7 wieder ab, so sinkt im gleichen Maße wegen der Katodenfolgerwirkung der Röhre 8 auch die Spannung der Katoden 10 ab. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis die Spannung der Katoden gleich der Spannung der Spannungsquelle 14 wird. In diesem Augenblick beginnt die Diode 13 zu leiten und bildet mit ihrem niederohmigen Durchlaßwiderstand einen Nebenschluß zu dem hochohmigen Katodenwiderstand 9. Es arbeitet nun die Röhre 8 mit voller Verstärkung, die Spannung an der Anode 11 steigt stärker an als mit dem großen Katodenwiderstand 9, und die Röhre 3 wird schneller aus dem gesperrten Zustand herausgesteuert. Mit anderen Worten, die Schaltung kippt bei der Eingangsspannung am Gitter 7 zurück, bei der die Spannung der Katoden 10 gleich der Spannung der zusätzlichem. Spannungsquelle 14 ist. Es ist nun also möglich, die Hysterese der Schaltung mittels der Spannungsquelle 14 auf beliebig kleine Werte einzustellen und unabhängig von der Hysterese dennoch auch große Anodenwiderstände 4 zu verwenden. Als Diode 13 können mit Vorzug Halbleiterdioden, ebenso aber auch Röhrendioden oder die Gitter-Katoden-Strecke von Röhren verwendet werden. Die Spannung 14 wird an einem Spannungsteiler, einer Batterie, einem Stabilisator oder einem Katodanfolger entnommen, dessen Gitter mit einem Spannungsteiler oder mit der Katode 10 verbunden ist.With the circuit arrangement according to the invention, for which Figure 2 shows an exemplary embodiment, however, arbitrarily small values of the hysteresis can be set in spite of the large amplification. For this purpose, a diode 13, preferably a semiconductor diode, is connected to the cathodes 10 , which diode is reverse-biased in the idle state by a low-resistance voltage source 14. If the input voltage 7 drops again after the circuit has tilted, ie when the tube 8 conducts and the tube 3 blocks, the voltage of the cathodes 10 also drops to the same extent because of the cathode follower effect of the tube 8. This process continues until the voltage of the cathodes equals the voltage of the voltage source 14. At this moment the diode 13 begins to conduct and forms a shunt with its low-ohm forward resistance to the high-ohmic cathode resistor 9. The tube 8 now works with full amplification, the voltage at the anode 11 rises more strongly than with the large cathode resistor 9, and the tube 3 is driven out of the locked state more quickly. In other words, the circuit flips back at the input voltage at the grid 7, at which the voltage of the cathodes 10 is equal to the voltage of the additional. Voltage source 14 is. It is now possible to set the hysteresis of the circuit to any small values by means of the voltage source 14 and still use large anode resistances 4 regardless of the hysteresis. Semiconductor diodes can preferably be used as the diode 13 , but also tube diodes or the grid-cathode section of tubes. The voltage 14 is taken from a voltage divider, a battery, a stabilizer or a cathode follower, the grid of which is connected to a voltage divider or to the cathode 10 .

Claims

PATENT CLAIM: bistable cathode coupled, preferably Schmitt trigger flip-flop with a diode in Katodenkreis, characterized in that a common Katodenverbindung (10) is provided, to which the cathode (15) is connected a preferably semiconductor diode (13) whose anode (16 ) is connected to a low-resistance voltage source (14) and the voltage difference between said voltage source (14) and common cathodes (10) in the second stable state of the flip-flop circuit causes a rapid flip-flop process; independent of high anode resistance. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1085 362.