DE1254186B - Impulsdauermodulator mit einem monostabilen Multivibrator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Hü3k

Deutsche KL: 21 al - 36/06

Nummer: 1 254 186

Aktenzeichen: Sch 37998 VIII a/21 al

Anmeldetag: 10. November 1965

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsdauermodulator mit einem monostabilen Multivibrator, bei welchem die Impulsdauer gleich der durch die Aufladung eines Kondensators bestimmten Dauer ist, für welche der Multivibrator im instabilen Zustand gehalten wird.

Bei bekannten Schaltungen dieser Art wird der Kondensator auf die Modulationsspannung aufgeladen, und wenn der monostabile Multivibrator auf einen Auslöseimpuls hin in den instabilen Zustand geht, entlädt sich der Kondensator über einen Widerstand, bis seine Spannung auf einen festgelegten Wert gefallen ist, bei welchem die monostabile Kippschaltung wieder den stabilen Zustand annimmt. Die Dauer des instabilen Zustands und damit die Dauer des am Ausgang der monostabilen Kippschaltung erscheinenden Impulses hängen somit von der jeweiligen Ladespannung des Kondensators ab.

In analoger Weise arbeiten andere bekannte Schaltungen, bei denen der Kondensator im stabilen Zustand entladen ist und sich vom Augenblick der Auslösung an über einen Widerstand auf die augenblickliche Modulationsspannung aufzuladen beginnt. Auch in diesem Fall hängt die Zeit bis zum Erreichen eines den instabilen Zustand beendenden Spannungswerts und damit die Dauer des am Ausgang abgegebenen Impulses von der augenblicklichen Modulationsspannung ab.

Beide Ausführungsformen weisen aber den Nachteil auf, daß der Zusammenhang zwischen dem Augenblickswert der Modulationsspannung und der Dauer des Impulses nicht linear, sondern exponentiell ist.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Impulsdauermodulators der eingangs angegebenen Art, bei welchem ein linearer Zusammenhang zwischen dem Augenblickswert der Modulationsspannung und der Dauer des am Ausgang abgegebenen Impulses erhalten wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Kondensator über einen durch einen Transistor gebildeten stromkonstanten Generator aufgeladen wird, der durch die Modulationsspannung gesteuert wird.

Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Impulsdauermodulator steigt die Ladespannung des Kondensators linear mit der Zeit an, da der Ladestrom konstant bleibt. Demzufolge hängen auch die Dauer des instabilen Zustands des monostabilen Multivibrators und somit die Dauer des am Ausgang abgegebenen Impulses in linearer Weise von der Augenblicksamplitude der Modulationsspannung ab.

Impulsdauermodulator mit einem monostabilen
Multivibrator

Anmelder:

Schneider Radio-Television S. Α.,

Ivry-sur-Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 4. Februar 1965 (4346 Seine) - -

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 die Schaltung eines bekannten, für einen Impulsdauermodulator geeigneten monostabilen Multivibrators und

F i g. 2 die Schaltung eines nach der Erfindung ausgeführten Impulsdauermodulators.

Der in F i g. 1 dargestellte Multivibrator besteht aus zwei pnp-Transistoren 1 und 2. Der Kollektor des Transistors 1 ist mit der Basis des Transistors 2 über einen Kondensator 3 verbunden. Die Entladung dieses Kondensators bestimmt die Dauer, für welche der Multivibrator im instabilen Zustand gehalten wird. Die Emitter der Transistoren 1 und 2 sind miteinander sowie mit der positiven Klemme 5 einer Spannungsquelle 15 verbunden, deren negative Klemme an Masse liegt.

Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind jeweils über einen Widerstand 6 bzw. 7 mit der negativen Klemme 4 einer Spannungsquelle 16 verbunden, deren positive Klemme an Masse liegt.

Die vom Transistor 2 zum Transistor 1 führende Rückkopplung erfolgt über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 8 und einem Widerstand 9, die zwischen der Basis des Transistors 1 und dem Kollektor des Transistors 2 angeschlossen ist. Ein Widerstand 17 liegt zwischen der Klemme 5 und der Basis des Transistors 2.

Bei geeigneter Dimensionierung arbeitet eine solche Anordnung bekanntlich als monostabiler Multivibra-

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tor, dessen stabiler Zustand dem Fall entspricht, daß der Transistor 1 stromführend und der Transistor 2 gesperrt ist.

Damit der Multivibrator zum Umkippen gebracht wird, ist zwischen der Basis des Transistors 1 und der positiven Klemme 5 eine Diode 10 in Serie mit einem Widerstand 11 angeschlossen, wobei die Diode 10 mit der Basis verbunden und so gerichtet ist, daß ihre Durchlaßrichtung von der Klemme S zur Basin des Transistors 1 verläuft. Die positiven Steuerimpulse, welche das Umkippen des Multivibrators auslösen, werden der Eingangsklemme 13 zugeführt, die mit dem gemeinsamen Punkt zwischen der Diode 10 und dem Widerstand 11 über einen Kondensator 12 verbunden ist. Die Ausgangsimpulse werden an der Klemme 14 abgenommen, die mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden ist.

In der stabilen Stellung ist der Kondensator 3 vollständig entladen, da seine linke Elektrode auf dem gleichen Potential wie die Klemme 5 liegt, ebenso wie seine rechte Elektrode, die über den Widerstand 17 mit der Klemme 5 verbunden ist. Sobald das Umkippen ausgelöst wird (Übergang vom stabilen Zustand in den instabilen Zustand), wird der linke Belag des Kondensators 3 plötzlich auf die Spannung der Klemme 4 gebracht, da der Transistor 1 gesperrt wird. In diesem Augenblick ist der Kondensator noch entladen, so daß die Spannung der Klemme 4 vollständig auf den rechten Belag des Kondensators übertragen wird, wodurch der Transistor 2 geöffnet wird. Im Verlauf der Zeit lädt sich der Kondensator 3 über den Widerstand 17 auf, und das Basispotential des Transistors 2 geht allmählich von dem Potential der Klemme 4 auf das Potential der Klemme 5 über. In dem Augenblick, in welchem der Kondensator vollständig auf die Spannung zwischen den Klemmen 4 und 5 aufgeladen ist, erreicht der über den Widerstand 17 fließende Strom praktisch den Wert Null. In diesem Augenblick wird die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 2 sehr klein, wodurch die Stromführung über diesen Transistor unterbrochen und die Schaltung in ihren stabilen Zustand zurückgebracht wird.

Man erhält daher am Punkt 14 eine Spannung, die während der Zeit, in welcher der Transistor 2 gesperrt ist, also die Schaltung in ihrem stabilen Zustand ist, gleich der Spannung an der Klemme 4 ist, wogegen sie während der Zeit, in welcher der Transistor 2 stromführend ist, also die Schaltung sich in ihrem instabilen Zustand befindet, gleich der Spannung an der Klemme 5 ist.

Somit erscheint an der Klemme 14 ein Impuls, dessen Amplitudenwert gleich der Spannung der Klemme 5 ist und dessen Dauer gleich der Ladezeit des Kondensators 3 ist. Diese Dauer ist jedoch der zwischen den Klemmen 4 und 5 bestehenden Potentialdifferenz nicht proportional, denn die Aufladung des Kondensators erfolgt nicht nach einer linearen, sondern nach einer exponentiellen Zeitfunktion. Würde man also der zwischen den Klemmen 4 und 5 bestehenden Spannung eine Modulationsspannung überlagern, so bestünde kein linearer Zusammenhang zwischen der Amplitude dieser Modulationsspannung und der Dauer des Ausgangsimpulses. Auch bestünde eine gewisse Unsicherheit, weil der die Basis des Transistors 2 steuernde Spannungsabfall am Widerstand 17 sehr allmählich gegen Null geht.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist so abgeändert, daß eine praktisch vollkommene Linearität der Aufladezeit des Kondensators 3, d. h. der Dauer des an der Klemme 14 erscheinenden Impulses als Funktion des Augenblickswertes einer Modulationsspanriurtg erhalten wird,

Zu diesem Zweck wird der Kondensator 3 nicht über einen Widerstand aufgeladen, sondern mit Hilfe eines Generators, der einen konstanten Strom liefert,

ίο und die Aufladung erfolgt bis zu dem Zeitpunkt, in welchem die Spannung an den Klemmen des Kondensators gleich dem Augenblickswert der Modulationsspannung ist.

Hierzu wird der Widerstand 6 weggelassen und durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 18 ersetzt, dessen Emitter in bezug auf Masse an ein konstantes Potential gelegt ist und zwischen dessen Basis und Masse die Modulationsspannung angelegt wird. Ebensogut kann die Modulationsspannung zwischen Emitter und Masse angelegt werden, wobei dann' die Basis an ein konstantes Potential gelegt wird.

Im übrigen enthält diese Schaltung wieder die Schaltungselemente 1 bis S und 7 bis 17 von F i g. 1, welche die gleiche Aufgabe wie dort haben. Der Kollektor des Transistors 1, der mit der linken Elektrode des Kondensators 3 verbunden ist, ist außerdem an den Kollektor des Transistors 18 angeschlossen, dessen Basis mit der einen Klemme einer Modulations-Spannungsquelle 19 verbunden ist, deren anderer Pol an Masse liegt. Der Emitter des Transistors 18 ist über einen Widerstand 21 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 20 verbunden, deren positiver Pol an Masse liegt.

Ein in dieser Weise geschalteter Transistor liefert bekanntlich einen konstanten Strom, dessen Größe durch die Werte der Spannungen der Quellen 20 und 19 und des Widerstandes 21 bestimmt ist. Es ist leicht zu ersehen, daß die vorgenommene Abänderung die Vorgänge beim Umkippen des Multivibrators in der einen oder anderen Richtung in keiner Weise beeinflußt. Dagegen erfolgt die Aufladung des Kondensators 3 nun ausschließlich durch den Strom, welcher über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 18 fließt, Und dieser Strom ist praktisch konstant. Ein Teil des Ladestroms geht über den Widerstand 17, der parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 2 liegt. Dadurch entsteht an dem Widerstand 17 ein Spannungsabfall, der den Transistor 2 geöffnet hält. Dieser Spannungsabfall ist während der ganzen Dauer der Aufladung des Kondensators 3 praktisch konstant. Diese Aufladung setzt sich fort, bis die Ladespannung des Kondensators den Wert der Modulationsspartnung der Quelle 19 erreicht hat, und in diesem Augenblick hört sie auf. Die durch das Aufhören des Stromflusses bedingte Änderung der Klemmenspannung des Widerstandes 17 ruft eine Änderung der Basisspannung des Transistors 2 hervor, die bei geeigneter Dimensionierung ausreicht, um den Multivibrator wieder in den stabilen Zustand zurückkippen zu lassen.

Die Dauer der Ladezeit des Kondensators 3 ist also der an die Basis des Transistors 18 angelegten Modulatiönspattnüng proportional, und somit steht auch die Dauer des an der Klemme 14 erscheinenden Impulses in einem linearen Zusammenhang mit dem Aügenblickswert der Modulationsspannung. Außerdem ist der Zeitpunkt des Zurückschaltens des

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monostabilen Multivibrators in den stabilen Zustand sehr genau dadurch definiert, daß der Ladestrom des Kondensators plötzlich von dem konstanten Wert auf den Wert Null geht.

Die bisher beschriebene Schaltung ermöglicht eine lineare Aufladung des Kondensators 3, wobei die Aufladung in dem Augenblick unterbrochen wird, in welchem die Klemmenspannung des Kondensators den Wert der Spannung der Modulationsspannungsquelle 19 erreicht; wie jedoch experimentiell festgestellt worden ist, hängt der Zeitpunkt des Umkippens nicht nur von dem Augenblickswert der Spannung der Quelle 19 ab, sondern auch von den Augenblickswerten der Spannungen der Quellen 15,16 und 20, die daher stabilisiert werden müssen. Ferner hängt die Stärke des Ladestroms von der Größe der von der Quelle 19 gelieferten Modulationsspannung ab.

Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß als Modulationsspannungsquelle nicht die Quelle 19 verwendet wird, die nun eine Spannung von festem Wert liefert, sondern eine besondere Spannungsquelle. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß zu der soeben beschriebenen Schaltung eine Spannungsvergleichsanordnung hinzugefügt wird, welche die Kollektorspannung des Transistors 1 mit dem Augenblickswert der Modulationsspannung vergleicht. Dies erfolgt mit Hilfe von zwei zusätzlichen Organen, die gleichfalls in F i g. 2 dargestellt sind. Diese Organe sind eine Diode 22 und ein Kondensator 23, die zwisehen dem Kollektor des Transistors 1 und Masse in Reihe angeschlossen sind. Die Durchlaßrichtung der Diode verläuft vom Kondensator zum Kollektor, und die Diode ist mit dem Kollektor verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der Diode bildet die Klemme 24, die mit einer Klemme der Modulationsspannungsquelle 25 verbunden ist, deren andere Klemme an Masse liegt.

Die Spannung der Quelle 19 wird so bemessen, daß die von ihr abgegebene Spannung dem Abolutwert nach größer als die größte Spannung der Quelle 25 ist. Es ist leicht zu erkennen daß bei Verwendung der zusätzlichen Organe die Diode 22 leitend wird (da es sich um negative Spannungen handelt), sobald die Spannung an den Klemmen des Kondensators 3 den Augenblickswert der Spannung der Klemme 25 erreicht. In diesem Augenblick dient ein Teil des vom Transistor 18 gelieferten konstanten Stroms zur Aufladung des Kondensators 23.

Dies hat eine Verringerung der Stärke des übe: den Wiederstand 17 fließenden Stroms zur Folge, und diese Verringerung genügt, wie im Fall von Fig. 1, bei entsprechender Bemessung zur Auslösung des Zurückkippens der Schaltung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Impulsdauermodulator mit einem monostabilen Multivibrator, bei welchem die Impulsdauer gleich der durch die Aufladung eines Kondensators bestimmten Dauer ist, für welche der Multivibrator im instabilen Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) über einen durch einen Transistor (18) gebildeten stromkonstanten Generator aufgeladen wird, der durch die Modulationsspannung (19, 20 oder 25) gesteuert wird.

2. Impulsdauermodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) in Serie mit einem Widerstand (17) parallel zu dem während des instabilen Zustands des monostabilen Multivibrators gesperrten aktiven Schaltungselement (1) liegt und daß der monostabile Multivibrator durch die am Widerstand (17) abfallende Spannung im instabilen Zustand gehalten wird.

3. Impulsdauermodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsspannung (20) an den Emitter des Transistors (18) angelegt wird und daß an die Basis des Transistors eine feste Spannung (19) angelegt ist.

4. Impulsdauermodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Emitter und an die Basis des Transistors (18) feste Vorspannungen (19, 20) angelegt sind, daß zwischen dem Kollektor des Transistors (18) und Masse in Serie eine Diode (22) und ein Kondensator (23) angeschlossen sind und daß die Modulationsspannung (25) zwischen Masse und dem Verbindungspunkt der Diode (22) und des Kondensators (23) angelegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 632 293.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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