DE1228302B

DE1228302B - Bistable multivibrator

Info

Publication number: DE1228302B
Application number: DES98869A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Jungmeister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-08-17
Filing date: 1965-08-17
Publication date: 1966-11-10

Description

Bistabiler Multivibrator Zusatz zum Patent: 1206 960 Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen Multivibrator, insbesondere für die Verwendung in Zählstufen, mit zwei Tunneldioden, von denen jede zwei stabile elektrische Arbeitspunkte hat, zwischen denen sie wechselseitig geschaltet werden. Die wechselseitige Umschaltung wird mittels eines übertragers erreicht, dessen eine Wicklung an die eine Tunneldiode und dessen andere Wicklung an die andere Tunneldiode angeschaltet ist. Hierbei ist die Polarität der Anschaltung dieser beiden übertragerwicklungen an die Tunneldioden derart gewählt, daß sich durch sie bei Erhöhung der Spannung an der einen Tunneldiode eine gegensinnige Spannungsänderung an der anderen Tunneldiode ergibt.Bistable multivibrator Addition to patent: 1206 960 The invention relates to a bistable multivibrator, especially for use in counting stages, with two tunnel diodes, each of which has two stable electrical operating points between which they are alternately switched. The mutual switching is achieved by means of a transformer, one winding of which is connected to one tunnel diode and the other winding of which is connected to the other tunnel diode. Here, the polarity of the connection of these two transfer windings to the tunnel diodes is chosen so that when the voltage on one tunnel diode is increased, there is an opposite voltage change on the other tunnel diode.

Multivibratoren dieser Art zeichnen sich auf Grund der günstigen elektrischen Eigenschaften der Tunneldioden durch eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus und eignen sich deshalb vorzugsweise für schnelle Zähler, wie sie beispielsweise in Codiereinrichtungen für sehr breitbandige Signale benötigt werden.Multivibrators of this type stand out due to the cheap electrical Properties of the tunnel diodes are characterized by a very high working speed are therefore particularly suitable for high-speed counters, such as those in Coding devices for very broadband signals are required.

Im Hauptpatent ist ein solcher bistabiler Multivibrator angegeben, bei dem den Tunneldioden einerseits die übertragerwicklungen in Reihe mit einem ohmschen Widerstand und andererseits die Betriebsgleichspannungsquelle in Reihe mit einem Vorwiderstand parallel geschaltet sind. Außerdem sind die Tunneldioden mit dem Steuereingang über wenigstens einen weiteren Vorwiderstand verbunden.Such a bistable multivibrator is specified in the main patent, in which the tunnel diodes on the one hand the transfer windings in series with one ohmic resistance and on the other hand the operating DC voltage source in series are connected in parallel with a series resistor. In addition, the tunnel diodes are connected to the control input via at least one further series resistor.

Bei einer besonderen Ausführungsform nach dem Hauptpatent sind die beiden Tunneldioden gleichsinnig in Reihe geschaltet und über einen entsprechend bemessenen Spannungsteiler an die Betriebsgleichspannungsquelle angeschaltet. Dabei sind als Ausgangsklemmenpaar der Multivibratorschaltung die beiden Anschlüsse einer Tunneldiode vorgesehen, vorzugsweise der Tunneldiode, von der ein Anschluß auf Bezugspotential liegt.In a special embodiment according to the main patent are two tunnel diodes connected in series in the same direction and via one accordingly rated voltage divider connected to the operating DC voltage source. Included are the two connections of one as output terminal pair of the multivibrator circuit Tunnel diode provided, preferably the tunnel diode, from which a connection to reference potential lies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderte besondere Ausführungsform eines bistabilen Multivibrators nach dem Hauptpatent insbesondere hinsichtlich eines günstigen Verhältnisses zwischen abgegebener Ausgangsleistung und eingangsseitiger Steuerleistung weiterzubilden.The invention is based on the particular object described Embodiment of a bistable multivibrator according to the main patent in particular with regard to a favorable ratio between the output power output and input-side tax performance.

. Ausgehend von einem bistabilen Multivibrator, insbesondere für die Verwendung in Zählstufen, mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, wechselweise unterschiedlich stabile elektrische Arbeitslagen einnehmenden Tunneldioden, bei dem ein übertrager vorgesehen ist, dessen eine übertragerwicklung der einen Tunneldiode und dessen andere übertragerwicklung der anderen Tunneldiode jeweils in Reihe mit einem ohmschen Widerstand derart parallel geschaltet ist, daß sich bei Erhöhung der Spannung an der einen Tunneldiode eine gegensinnige Spannungsänderung an der anderen Tunneldiode ergibt und bei der die Tunneldioden einerseits an die Betriebsgleichspannungsquelle über einen einen Vorwiderstand enthaltenden ohmschen Spannungsteiler angeschaltet sind und andererseits mit dem Steuereingang über wenigstens einen weiteren Vorwiderstand in Verbindung stehen, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dieser ohmsche Spannungsteiler neben dem Vorwiderstand die beiden Widerstände in Reihe mit den Übertragerwicklungen enthält. . Based on a bistable multivibrator, especially for use in counting steps, with two tunnel diodes connected in series in the same direction, alternately occupying different stable electrical working positions, in which a transformer is provided, one of which is a transfer winding of one tunnel diode and the other of which is of the other tunnel diode in each case Series is connected in parallel with an ohmic resistor in such a way that when the voltage on one tunnel diode is increased, there is an opposite voltage change on the other tunnel diode and in which the tunnel diodes are connected on the one hand to the operating DC voltage source via an ohmic voltage divider containing a series resistor and on the other hand to the Control input are connected via at least one further series resistor, this object is achieved according to the invention in that this ohmic voltage divider, in addition to the series resistor, the two resistors in R. contains series with the transformer windings.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß eine einwandfreie Arbeitsweise des Multivibrators nicht auf eine eingeprägte Betriebsgleichspannung angewiesen ist, sondern bei geeigneter Größe der Betriebsgleichspannung auch eine verhältnismäßig hochohmige Speisung zuläßt. Dieser Sachverhalt ermöglicht es in vorteilhafter Weise, von einem besonderen Spannungsteiler abzusehen, d. h., daß die an sich benötigten Widerstände in Reihe mit den übertragerwicklungen in den notwendigen Spannungsteiler mit einbezogen werden können, da sie gleichstrommäßig über die Übertragerwicklungen miteinander in Reihe geschaltet sind.The invention is based on the essential knowledge that proper functioning of the multivibrator does not depend on an impressed DC operating voltage, but also allows a relatively high-impedance supply if the DC operating voltage is suitable. This fact makes it possible in an advantageous manner to dispense with a special voltage divider, i. This means that the resistors required per se can be included in series with the transformer windings in the necessary voltage divider, since they are connected in series with one another in terms of direct current via the transformer windings.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die dritte übertragerwicklung für eine differenzierte übertragung bemessen, durch die in Abhängigkeit des Springens der Tunneldioden von der einen in die andere stabile Arbeitslage relativ große Ausgangsimpulse erhalten werden können.In a preferred embodiment, the third is a transformer winding dimensioned for a differentiated transmission, depending on the jumping the tunnel diodes from one to the other stable working position have relatively large output pulses can be obtained.

Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn der Quellwiderstand der Betriebsgleichspannungsquelle für den der minimalen Steuerleistung entsprechenden Maximalwert. bemessen , ist. Dieser Maximalwert ist hierbei empirisch zu ermitteln, da er jeweils von der Feinstruktur der Tunnneldiodenkennlinien abhängt.The conditions are particularly favorable when the source resistance of the operating DC voltage source is for the maximum value corresponding to the minimum control power. sized is. This maximum value must be determined empirically because it depends on the fine structure of the tunnel diode characteristics.

Ferner ist es zweckmäßig, , den übertrager mit einer dritten, den.. Multivibratorausgang darstellenden Wicklung zu versehen, weil hierdurch bei geeigneter Bemessung der Windungszahtdieser Wicklung in an sich bekannter Weise eine optimale Anpassung des Multivibrators an einen Verbraucher erreicht werden kann. Furthermore, it is expedient to provide the transformer with a third, .. multivibrator output representing the winding, because this optimum adaptation of the multivibrator can be achieved to a consumer at a suitable assessment of Windungszahtdieser winding in a conventional manner.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.On the basis of an embodiment shown in the drawing the invention is to be explained in more detail below.

Die in der Fig. 1 dargestellte Multivibratorschaltung nach der Erfindung besteht aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden Tl und T2, denen jeweils die Reihenschaltung einer der beiden unter sich gleich großen Wicklungen des übertragers ü in Reihe mit dem Widerstand R 2 parallel geschaltet ist. Die impulsförmige Steuerspannung wird der Reihenschaltung der Tunneldioden am Steuereingang E über den Widerstand R 3 zugeführt. Der in Reihe, mit dem Widerstand R 3 durch unterbrochene Linien dargestellte Kondensator Ce soll andeuten, daß die Steuerspannung gegebenenfalls hierdurch gleichstrommäßig von der Reihenschaltung der Tunneldioden entkoppelt sein kann. Die dritte Wicklung des übertragers ü stellt mit ihren beiden Anschlüssen den Ausgang A des Multivibrators dar. Sie kann, wie bereits angegeben worden ist, für eine differenzierte übertragung ausgelegt sein.The multivibrator circuit according to the invention shown in FIG. 1 consists of two tunnel diodes Tl and T2 connected in series in the same direction, each of which is connected in parallel with the series circuit of one of the two equally large windings of the transformer ü in series with the resistor R 2. The pulse-shaped control voltage is fed to the series connection of the tunnel diodes at the control input E via the resistor R 3. The capacitor Ce shown in series with the resistor R 3 by broken lines is intended to indicate that the control voltage can thereby be decoupled in terms of direct current from the series connection of the tunnel diodes. The third winding of the transformer ü with its two connections represents the output A of the multivibrator. As has already been stated, it can be designed for a differentiated transmission.

Die Einbeziehung der Widerstände R 2 in den Spannungsteiler für die Betriebsgleichspannung UB ermöglicht es, auf den ansonsten erforderlichen zusätzlichen Widerstand parallel zur Reihenschaltung aus den beiden Timneldioden D 1 und D 2 zu verzichten. Dies bedeutet eine Verkleinerung der Steuerleis#furig am Steuereingang E um den durch diesen zusätzlichen Widerstand bedingten Leistungsverlust. Außerdem hat die Ausbildung des Spannungsteilers nach der Erfindung den Vorteil, daß sie die durch die Serieninduktivität der Tunneldioden gegebene latente Gefahr einer Selbsterregung der Schaltung im Bereich der oberen Grenzfrequenz der Tunneldioden weitgehend beseitigt wird. Die günstigen Eigenschaften der Schaltung hinsichtlich der benötigten steuereingangsseitigen Steuerleistung werden durch die zusätzliche dritte Wicklung des übertragers dadurch voll ausgenutzt, daß durch geeignete Bemessung dieser dritten Wicklung eine optimale Anpassung an den multivibratorausgangsseitigen Verbraucher herbeigeführt werden kann. Ein optimales Verhältnis von Ausgangsleistung zu Steuereingangsleistung wird, wie bereits erwähnt worden ist, dann erlangt, wenn der Quellwiderstand der Betriebsgleichspannungsquelle UB, der beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 Maximalwert annimmt, bei dem dann die Steuereinbeträgt, einen empirisch zu ermittelnden gangsleistung den Minimalwert annimmt.The inclusion of the resistors R 2 in the voltage divider for the DC operating voltage UB makes it possible to dispense with the otherwise required additional resistor parallel to the series connection of the two Timnel diodes D 1 and D 2. This means a reduction in the control line at control input E by the power loss caused by this additional resistance. In addition, the design of the voltage divider according to the invention has the advantage that it largely eliminates the latent risk of self-excitation of the circuit in the region of the upper limit frequency of the tunnel diodes due to the series inductance of the tunnel diodes. The advantageous properties of the circuit with regard to the required control input-side control power are fully exploited by the additional third winding of the transformer that an optimal adaptation to the multivibrator output-side consumer can be brought about by suitable dimensioning of this third winding. As has already been mentioned, an optimal ratio of output power to control input power is achieved when the source resistance of the operating DC voltage source UB, which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 assumes maximum value, at which the control then amounts, an empirically determined output power assumes the minimum value.

Für die Wirkungsweise der Schaltung nach der F i g. 1, auf die nunmehr noch kurz eingegangen werden soll, ist es wesentlich, daß die beiden gleich großen Übertragerwicklungen hinsichtlich der ihnen zugeordneten Tunneldioden derart gepolt sind, daß über sie bei einer Erhöhung der Spannung an der einen Tunneldiode der anderen. Tunneldiode. eine gegensinnige Spannungsänderung mitgeteilt 'Wird. Diese gegensinnige Spannungsänderung hat zur Folge, daß die beiden Tunneldioden, von denen sich .jeweils eine im hochohmigeA und eine im niederohmigen stabilen #ZustanÜ befindet, mit jedem ankomiiienden 'St8u6iimpuls' in die jeweils andere stabile Lage überwechseln. Der näheren Erläuterung dieses Sachverhaltes dient das Diagrainm der F i g. 2, das die Strom-Spannungs-Kennlinien (I-U-Kennlinien) der beiden Tunneldioden Tl und T2 unter Berücksichtigung ihrer gleichsinnigenSerienschaltung angibt. Dabei ist die an der Reihenschaltung der beiden Tunneldioden abfallende Spannung mit UB' bezeichnet. Die Schnittpunkte I und Il der beiden Kennlinien markieren die stabilen Lagen der Tunneldiodenreihenschaltung. Der Punkt III, der durch den Schnitt der beiden fallenden Kennlinienäste zustande kommt, ist dagegen instabil. Wird die Spannung UB' durch einen. ankommenden Steuerimpuls am Ein - - gang E kurzzeitig erhöht, so kommt dies einem.Au§-m einanderrücken der beiden Kennlinien längs dei Abszisse gleich. Dabei verschwinden die stabilen Schnittpunkte I und 11, und der ursprünglich instabile Schnittpunkt III wandert in den Bereich positiven Widerstandes aus. Nach Abklingen des Steuerimpulses stellen sich wieder die in der F i g. 2 dargestellten ursprünglichen Verhältnisse ein, und zwar zunächst mit der für die Schnittpunkte I und II gleich großen Wahrscheinlichkeit. Dieses Gleichgewicht der Wahrscheinlichkeiten wird nun durch die Gegenwart des Übertragers und dessen Streuinduktivität stets zuungunsten des Schnittpunktes entschieden, der vor der Ankunft des gerade wirksam gewesenen Steuerimpulses den elektrischen Zustand der Reihenschaltung der beiden Tunneldioden bestimmt hat.For the mode of operation of the circuit according to FIG. 1, which will now be briefly discussed, it is essential that the two transformer windings of the same size are polarized with regard to the tunnel diodes assigned to them in such a way that when the voltage across one tunnel diode increases, the other. Tunnel diode. an opposite voltage change is reported '. This opposite voltage change has the consequence that the two tunnel diodes, of which one is in the high-ohmic and one in the low-ohmic stable state, change to the other stable position with each incoming 'St8u6iimpuls'. The diagram in FIG. 1 serves to explain this fact in more detail . 2, which specifies the current-voltage characteristics (IU characteristics) of the two tunnel diodes T1 and T2, taking into account their series connection in the same direction. The voltage drop across the series connection of the two tunnel diodes is denoted by UB '. The intersection points I and II of the two characteristics mark the stable positions of the tunnel diode series connection. On the other hand, point III, which comes about through the intersection of the two falling branches of the characteristic curve, is unstable. If the voltage UB 'by a. incoming control pulse at A - - E gang briefly increased, it comes einem.Au§-m each move of the two curves along dei abscissa same. The stable intersection points I and 11 disappear, and the originally unstable intersection point III migrates into the area of positive resistance. After the control pulse has subsided, the values shown in FIG . 2, initially with the same probability for the intersection points I and II. This equilibrium of probabilities is now decided by the presence of the transformer and its leakage inductance, always to the disadvantage of the point of intersection that determined the electrical state of the series connection of the two tunnel diodes before the arrival of the control pulse that had just been effective.

Claims

Claims: 1. Bistable multivibrator, especially for use in counting steps, with two alternately different stable electrical working positions connected in series in the same direction. em-c taking tunnel diodes, in which a transformer is provided, whose one transfer winding of one tunnel diode and the other transfer winding of the other tunnel diode is connected in parallel in series with an ohmic resistor in such a way that when the voltage on one tunnel diode increases, an opposite direction Voltage change at the other tunnel diode results and in which the tunnel diodes are connected on the one hand to the operating DC voltage source via an ohmic voltage divider containing a series resistor and on the other hand are connected to the control input via at least one further series resistor, according to patent 1206 960, characterized in that this ohmic voltage divider in addition to the series resistor: -stand (R 1) contains the two resistors (R 2) in series with the transformer windings.

2. Bistable multivibrator according to claim 1, characterized in that the third transfer winding is dimensioned for a differentiating transmission. 3. Bistable multivibrator according to claim 1 or 2, characterized in that the source resistance of the operating DC voltage source is dimensioned corresponding to the maximum value. for the minimum control power 4. Bistable multivibrator according to one of the preceding claims, characterized in that the transformer has a third winding representing the multivibrator output. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1150 410.