DE1253756B

DE1253756B - Oszillator zur Erzeugung niederfrequenter Impulsfolgen mit abwechselnd positiven und negativen Impulsen

Info

Publication number: DE1253756B
Application number: DEM54243A
Authority: DE
Inventors: John C Freeborn
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1961-09-18
Filing date: 1962-09-15
Publication date: 1967-11-09
Also published as: GB1023663A; US3172059A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1253 756

Aktenzeichen: M 54243 VIII a/21 al

Anmeldetag: 15. September 1962

Auslegetag: 9. November 1967

Die Erfindung betrifft einen Oszillator zur Erzeugung von Niederfrequenz-Impulsfolgen mit abwechselnd positiven und negativen Impulsen.

Es ist bereits bekannt, frei schwingende Multivibratoren mit Kondensatoren und Widerständen als zeitbestimmende Glieder aufzubauen. Die Dimensionierung solcher Multivibratoren führt jedoch bei niedrigen Wiederholungsfrequenzen zu erheblichen Schwierigkeiten, weil die erforderlichen Kondensatoren verhältnismäßig hohe Kapazitäten haben müssen. Solche Kondensatoren mit hohen Kapazitäten haben außerdem den Nachteil, daß ihre Isolationswiderstände in den Bereich der anderen zeitbestimmenden Widerstände kommen, so daß die Frequenzgenauigkeit solcher Multivibratoren meist ungenügend ist. In vielen Fällen stören vor allem aber die großen räumlichen Ausmaße der erforderlichen Kondensatoren.

Aus der USA.-Patentschrift 2 954 532 ist bereits ein Multivibrator bekannt, der mit einer sättigbaren Induktivität als zeitbestimmendes Glied arbeitet. Diese dort beschriebene Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß durch die Einschaltung von Ohmschen Arbeitswiderständen in die Kreise der Verstärkungsglieder des Multivibrators nur ein verhältnismäßig unstabiler Betrieb möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Anordnungen zu vermeiden. Der erfindungsgemäße Oszillator zur Erzeugung von Niederfrequenz-Impulszügen, die abwechselnd positive und negative Flanken haben, ist gekennzeichnet durch zwei bistabile Kippstufen, die zu einer Brücke zusammengeschaltet sind und von denen eine zwei pnp-Transistoren und die andere zwei npn-Transistoren enthält, und durch eine sättigbare Induktivität in der Brückendiagonalen, wobei die bistabilen Stufen jedesmal dann, wenn der Strom in der Induktivität den Sättigungswert erreicht, in ihren entgegengesetzten Schaltzustand umgeschaltet werden.

Um die Frequenz des erfindungsgemäßen Oszillators im wesentlichen von Schwankungen der Versorgungsspannung unabhängig zu machen, ist zweckmäßigerweise ein Spannungsbegrenzer parallel zur sättigbaren Induktivität geschaltet.

Weitere Weiterbildungen sind den weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit den Figuren und der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Oszillators, und

Oszillator zur Erzeugung niederfrequenter
Impulsfolgen mit abwechselnd positiven und
negativen Impulsen

Anmelder:

Honeywell Inc., Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Mertens,' Patentanwalt,

Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42

Als Erfinder benannt:

John C. Freeborn, Azusa, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. September 1961
(138 722)

F i g. 2 zeigt eine Abwandlungsform der Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind die positiven und negativen Klemmen 10 und 11 einer Stromversorgung über einen Strombegrenzungswiderstand an die Speisepunkte 15 und 12 zweier in Serie geschalteter bistabiler Kippstufen angeschlossen. Die eine bistabile Kippstufe enthält die beiden pnp-Transistoren 22 und 23, während die zweite bistabile Kippstufe mit den npn-Transistoren 51 und 56 aufgebaut ist. Die Transistoren 22 und 51 bzw. 23 und 56 der beiden bistabilen Kippstufen liegen direkt in Serie; es sind also keine besonderen Ohmschen Arbeitswiderstände vorgesehen. Die Basis jedes Transistors 22, 23, 51, 56 ist über einen Widerstand 35, 40, 70, 72 mit dem Kollektor des anderen Transistors 23, 22, 56, 51 desselben Multivibrators verbunden. Außerdem ist zwischen Basis und Emitter jedes Transistors ein Widerstand 30, 32, 63, 66 geschaltet.

Im Betrieb werden die Transistoren der beiden Transistoren der beiden bistabilen Stufen jeweils paarweise in den leitenden Zustand gesteuert; es befinden sich also jeweils entweder die Transistoren 22 und 56 im leitenden Zustand, während die Transistoren 23 und 51 gesperrt sind, oder aber die Transistoren 23 und 51 sind leitend, während die Transistoren 22 und 56 gesperrt sind. Diese Betriebsweise

709 687/372

Claims

3 4

hat den erheblichen Vorteil, daß bei größtmöglicher Nachfolgend wird eine bewährte Dimensionierung reversibler Ausgangsleistung in den einzelnen Tran- der Schaltung der Fig. 1 angegeben, wobei der Ossistoren nur eine minimale Verlustleistung verloren- zillator mit etwa 100 Hz arbeitet:
geht. Die beiden Klemmen 75 und 76 können als _w>, , ₁ , ,

Mittelpunkte der Brückenschaltung angesehen wer- 5 widerstand i<4 ^0Kli

den. Zwischen diesen Klemmen liegen in Reihen- Widerstände 30, 32, 63, 66 560 Ω

schaltung ein Frequenzsteuerwiderstand 80, ein tem- Widerstände 35, 40, 72, 70 6,8 kΩ

peraturabhängiger Widerstand 81 zum Ausgleich von

Temperaturschwankungen und eine sättigbare Induk- Widerstand 80 50 Ω

tivität Tl mit im wesentlichen rechteckiger Hysterese- io Widerstand 82 1,96 kΩ

schleife. Der Induktivität Π ist ein Widerstand 82 . _ „„ ,, .

parallel geschaltet, und parallel zu der gesamten Iransistoren LL, Li UK ob A

Serienschaltung, d. h. parallel zu den Punkten 75 und Transistoren 51, 56 2 N 821

76 liegt ein Spannungsbegrenzungsglied 83, das z. B. Kondensatoren 86 0,047 _μΡ

aus zwei gegenpolig in Serie geschalteten Zenerdioden 15

bestehen kann. Der Ausgang des Oszillators befindet Die angegebene Schaltungsanordnung hatte eine sich zwischen den Klemmen 84 und 85 und ist über Frequenzstabilität von 0,1% über einen Temperatureinen Koppelkondensator 86 an den Kollektor und bereich von — 40 bis +43⁰C.
Emitter des Transistors 56 angeschlossen. Die Frequenz des Oszillators kann dadurch ver-

Im eingeschalteten Zustand des Oszillators sei 20 ändert werden, daß die Werte der Widerstände 80 z. B. angenommen, daß die Transistoren 22 und 56 oder 82 oder aber die Daten der Induktivität Tl leitend und die Transistoren 23 und 51 nichtleitend geändert werden. In der Ausbildungsform nach der sind. Die Brückenschaltung wird zwischen den Punk- Fig. 2 sind die Widerstände 80 und 82 als veränderten 75 und 76 durch die Serienschaltung aus den Wi- bare Widerstände vorgesehen, und zwar werden die derständen 80 und 82, dem temperaturabhängigen Wi- 25 Werte durch irgendwelche anzuzeigende Zustände derstand 81 und die Induktivität Γ1 belastet. Ist der verstellt. Die Widerstände können z.B. druckemp-Kern der Induktivität Tl nicht gesättigt, so besitzt findlidh sein, um die Ausgangsfrequenz des Oszilsie eine hohe Impedanz. Die einzelnen Widerstände lators als Funktion eines Druckes zu ändern. Diese der bistabilen Kippstufen sind so ausgewählt, daß sich ändernde Frequenz auf einen frequenzselektiv im Ruhezustand der Schaltung die Induktivität ge- 30 ansprechenden Schalter 90 geleitet werden, um absättigt ist und die Transistoren voll eingeschaltet hängig von einem erfühlten Druck eine bestimmte sind. In dem angenommenen Stromzustand fließt Schaltfunktion herbeizuführen. Die Steuerung der also von der positiven Klemme 10 über den Wider- Widerstände durch Druck kann z. B. dadurch erstand 14, dem Transistor 22, die Widerstände 80 und folgen, daß der Widerstand auf einer Seite einer 81, die Induktivität Π und dem Parallelwiderstand 35 Membran angeordnet ist, die infolge des Druckes 82 und dem Transistor 56 zur negativen Klemme 11. durchgebogen wird. Druckempfindliche Systeme

Hat nach dem Einschalten der Schaltungsanord- dieser Art können beispielsweise in barostatischen

nung der Strom durch die Induktivität Π den Sät- und hydrostatischen Vorrichtungen verwendet

tigungswert erreicht, so wird die Impedanz der In- werden.

duktivität sehr gering, so daß an den eingeschalteten 40 Patentansprüche-Transistoren 22 und 56 eine verhältnismäßig hohe

Spannung abfällt. Dieser Spannungsabfall bewirkt, 1. Oszillator zur Erzeugung niederfrequenter

daß die beiden anderen Transistoren 23 und 51 in Impulsfolgen mit abwechselnd positiven und

den leitenden Zustand und die vorher eingeschalteten negativen Impulsen, gekennzeichnet

Transistoren22 und 56 in den gesperrten Zustand 45 durch zwei bistabile Kippstufen, die zu einer

gesteuert werden. Hierdurch wird die Spannung an Brücke zusammengeschaltet sind und von denen

der Induktivität Π umgekehrt, so daß diese wieder eine zwei pnp-Transistoren (22, 23) und die

zu einer hohen Impedanz wird. andere zwei npn-Transistoren (51, 56) enthält,

Die Zeit bis zum Umschalten der beiden bistabilen und durch eine sättigbare Induktivität (Tl) in

Kippstufen hängt vom Spannungs-Zeit-Integral des 50 der Brückendiagonalen, wobei die bistabilen

Magnetkerns der Induktivität Tl ab. Diese Abhän- Kippstufen jedesmal dann, wenn der Strom in der

gigkeit verlangt, daß über den Klemmen 75 und 76 Induktivität den Sättigungswert erreicht, in ihren

eine in engen Grenzen geregelte Spannung erscheint, entgegengesetzten Schaltzustand umgeschaltet

da die Integrationszeit dieser Spannung umgekehrt werden.

proportional ist. Zum Konstanthalten dieser Span- 55 2. Oszillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet nung ist die zweipolig wirkende Zenerdiodenkombi- durch eine parallele zur sättigbaren Induktivität nation 83 vorgesehen. Etwaige Schwankungen der (Tl) geschalteten Spannungsbegrenzer (83).
Betriebsspannung zwischen den Klemmen 10 und 11 3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gewerden von dem Vorwiderstand 14 aufgefangen. kennzeichnet, daß der Spannungsbegrenzer (83)

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 schaltet 60 parallel zu einer Reihenschaltung liegt, die einen also frei schwingend zwischen den beiden möglichen ersten Widerstand (80) und eine Parallelschalstabilen Schaltzuständen der beiden bistabilen Kipp- tung aus der sättigbaren Induktivität (T¹I) und stufen hin und her. Da die Zeit im wesentlichen von einem zweiten Widerstand (82) enthält,
den Daten der Induktivität Tl bestimmt wird, er- 4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gegeben sich relativ genaue Schaltzeiten. Da jedoch 65 kennzeichnet, daß die beiden Widerstände (80, die Daten der Induktivität Tl sich mit der Tempera- 82) veränderbar sind und auf Änderungen eines tür ändern, ist der temperaturabhängige Wider- veränderbaren Zustandes wie beispielsweise eines stand 81 vorgesehen. Druckes ansprechen.

5. Oszillator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbare Induktivität (Γ1) ein bewickelter Ringkern mit rechteckiger Hystereseschleife ist.

6. Oszillator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindlicher Widerstand (81) in Reihe mit der Induktivität zur Kompensation von Umgebungstemperaturschwankungen geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 954 532.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 687/372 10.67 © Bundesdruckerei Berlin