DE1264494B

DE1264494B - Frequenzstabiler Multivibrator

Info

Publication number: DE1264494B
Application number: DEF43620A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hideya Nishioka
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1963-07-30
Filing date: 1964-07-30
Publication date: 1968-03-28
Also published as: NL6408745A; NL137895C; US3341788A; GB1075246A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1264 494

Aktenzeichen: F 43620 VIII a/21 al

Anmeldetag: 30. Juli 1964

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung betrifft den Schaltungsaufbau eines Multivibrators. Zweck der Erfindung ist es, eine gegenüber herkömmlichen Multivibratoren bessere Frequenzstabilität bei einfachem Schaltungsaufbau zu erreichen.

üblicherweise enthalten Multivibratoren zwei Transistoren- oder Röhrenkreise, die über ein Zeitglied rückgekoppelt sind und von denen dann, wenn sich der eine Kreis im leitenden Zustand (Arbeitszustand) befindet, der andere im offenen Zustand (Sperrzustand) ist. Nach Ablauf eines durch das Zeitglied bestimmten Zeitintervalls wird der im Arbeitszustand befindliche Kreis in den Sperrzustand und der im Sperrzustand (nichtleitenden bzw. offenen Zustand) befindliche Kreis in den Arbeitszustand gekippt. Durch fortwährende Wiederholung dieses Vorganges arbeitet die Schaltung als Oszillator.

Die Schwingfrequenz wird dabei durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes und die Sperrcharakteristik der Röhre oder des Transistors und durch die Betriebsspannung bestimmt. Besonders bei der Verwendung von Transistoren haben Änderungen der Sperrcharakteristik infolge von Temperaturschwankungen großen Einfluß auf die Schwingfrequenz, so daß es schwierig ist, einen stabilen Betrieb zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen zu begegnen und eine Schaltung zu realisieren, deren Schwingfrequenzänderungen infolge Schwankungen der Umgebungstemperatur oder der Versorgungsspannung geringer sind.

Ausgehend von einem Multivibrator mit einem ersten und einem zweiten als Schalter wirkenden und demzufolge zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand schaltbaren Verstärkerelement (erste und zweite Schalteinrichtung, die kreuzungsweise durch ein Widerstand-Kondensatorglied miteinander gekoppelt sind, das jeweils zugleich die Verbindung zur Betriebsspannungsquelle herstellt, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei Steuereinrichtungen vorgesehen sind, von denen jede aus der Betriebsspannung einen niedrigeren Bezugsspannungswert ableitet, und daß die eine Steuereinrichtung der ersten Schalteinrichtung und die andere Steuereinrichtung der zweiten Schalteinrichtung derart zugeordnet ist, daß bei Erreichen eines Spannungswertes an dem Kondensator, der dem durch die jeweilige Steuereinrichtung abgeleiteten Bezugsspannungswert entspricht, das Laden des entsprechenden Kondensators beendet wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung wieder-Frequenzstabiler Multivibrator

Anmelder:

Fujitsu Limited, Kawasaki (Japan)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Seibert und Dipl.-Ing. M. Schlenk,

Patentanwälte,

8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hideya Nishioka, Kawasaki (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 30. Juli 1963 (38-40 101)

gegeben ist, näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die F i g. 1 ein Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemaßen Multivibrator, und die F i g. 2 zeigt die zügehörigen Kurvenformen.

Die Schaltung nach der F i g. 1 stellt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Multivibrator dar, mit den beiden Transistoren TrI und Tr 2. über den Widerstand Rl erhält der Kollektor von TrI eine Spannung vom Betriebsspannungsanschluß 1. Der Kollektor von Tr 2 erhält über den Widerstand R 4 vom Betriebsspannungsanschluß 1 eine Spannung.

Der Kollektor von TrI ist an die Basis von Tr2 über den Kondensator Cl und der Kollektor von Tr 2 ist an die Basis von TrI über den Kondensator C 2 angeschaltet. Die Basis von TrI ist über R2 geerdet, und die Basis von Tr2 ist über R5 geerdet. Der Kollektor von TrI ist über die Diode Dl mit dem Abgriff 2 des Widerstandsspannungsteilers R 3 verbunden, und der Kollektor von 7r2 ist über Diode D 2 mit dem Abgriff 3 des Widerstandsspannungsteilers R6 verbunden.

Fällt in einer solchen Schaltung z. B. der Kollektorstrom von TrI ab, wird der Spannungsabfall an Rl kleiner, und die Kollektorspannung steigt an. Damit wird Kondensator Cl aufgeladen, und der Lade-

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strom läßt sowohl den Basisstrom als auch den Kollektorstrom von Tr 2 ansteigen.

Als Folge davon verringert sich der Spannungsabfall an R4, so daß die Kollektorspannung an Tr2 abfällt, über den Kollektor von Tr 2 und Widerstand R2 beginnt sich nun Kondensator C2 zu entladen, und durch diesen Entladestrom wird der Basisstrom von TrI verringert Dadurch fällt jedoch der Kollektorstrom von TrI weiter ab, und Cl wird weiter aufgeladen.

Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis TrI den Sperrzustand (offenen Zustand) und Tr 2 den Arbeitszustand (leitenden Zustand) erreicht hat. Dabei lädt sich Cl ständig vom Anschluß 1 her über den Widerstand Rl auf, und Tr2 bleibt so lange im Arbeitszustand (leitenden Zustand), als der Ladestrom über die Basis von Tr 2 fließt. In diesem Fall entlädt sich C2 weiter über den Widerstand R2 und den Kollektor von Tr 2. Dementsprechend erhält die Basis von TrX durch den Spannungsabfall an R2 zufolge des Entladungsstromes eine positive Vorspannung, und der Transistor wird im Sperrzustand gehalten. Wird die Aufladung von Cl fortgesetzt und übersteigt die Spannung am Kondensator einmal das zwischen dem Abgriff 2 des "Spannungsteilers R3 und Masse liegende Potential, dann wird Diode Dl leitend, die Aufladung von Cl hört auf, und die Spannung an Cl — also die Kollektorspannung von Tr 1 — wird auf dem Potential K1E₀ des Anschlusses 2 gehalten (Kl ist das Spannungsteilerverhältnis von R3).

Da im Moment des Aufhörens der Ladung von Cl der Ladestrom sofort zu Null wird, wird Tr 2 gesperrt, und der Kondensator C 2 wird über den Widerstand R4 und die Basis von Transistor TrI von der Betriebsspannungsquelle aufgeladen. Der Ladestrom von C 2 hält TrI während der Aufladung im Arbeitszustand (leitenden Zustand), und Cl beginnt sich über den Kollektor von TrI und Widerstand R5 zu entladen. Infolge des durch den Entladestrom an R 5 entstehenden Spannungsabfalls erhält die Basis von Tr 2 eine sperrende Vorspannung, und Tr 2 verbleibt im Sperrzustand. Wird die Ladung von C 2 fortgesetzt und übersteigt die Spannung am Kondensator das zwischen dem Abgriff 3 des Spannungsteilers R6 und Masse liegende Potential, dann hört die Aufladung von C 2 auf, und seine Spannung wird auf dem Potential K2E₀ des Anschlusses 3 gehalten (K2 ist das Spannungsteilerverhältnis von R6).

Sobald die Aufladung des Kondensators C2 aufhört, wird, ähnlich wie vorstehend für Cl erläutert, TrI in den Sperrzustand (offenen Zustand) und Tr 2 in den Arbeitszustand (leitenden Zustand) gekippt.

Das wechselweise Kippen von. TrI und Tr2 in den Arbeits- und Sperrzustand wiederholt sich ständig in der oben beschriebenen Weise, so daß die Schaltung schwingt, und die Wiederholungsperiode ist gleich der Schwingungsperiode. Ist die Zeit vom Beginn bis zum Ende des Arbeitszustandes von TrI mit rl und die Zeit vom Beginn bis zum Ende des Arbeitszustandes von Tr2 mit τ2 bezeichnet, dann ist die Schwingungsperiode bzw. Schwingungsdauer

T=A + τ2.

Aus der vorangegangenen Beschreibung der Arbeitsweise geht hervor, daß rl und τ2 gleich den Aufladungszeiten der Kondensatoren Cl und C 2 sind.

In der Praxis werden Rl und R4 ausreichend groß gegenüber R5 und R2 gewählt, so daß sich rl und τ2 ergeben aus

,(l-e ^C1R1 J = Kl

( -'²V E₀[I -e ^i2M J Φ KlE₀.

ίο Nach Umstellung ergibt sich

Π Φ ClRIlOg₆₁-L_n

r2 Φ C₂R₄IOg₆₁-^₁.

Daraus berechnet sich die Schwingungsdauer Γ zu

T = rl + r2 = CIiU log

el - Kl

Daraus erhellt, daß die Schwingungsdauer eines nach vorliegender Erfindung gebauten Multivibrators nur durch Cl, C2, Rl, R4 sowie das Spannungsteilerverhältnis Kl und K2 der Widerstandsspannungsteiler R3 und R6 bestimmt wird und weder von der Versorgungsspannung E₀ noch von den Kenngrößen der Transistoren IrI und Ir 2 abhängt. In der Praxis lassen sich Wertänderungen von Rl, R4, Cl, C2, Kl und K2 infolge von Temperatureinflüssen oder Alterung leicht klein halten, so daß die Stabilität der Schwingfrequenz nur von der Konstanz der obengenannten Bauteile abhängt.

Die Schaltung liefert also eine Schwingfrequenz weitaus größerer Stabilität als herkömmliche Multivibratoren, bei denen die Schwingfrequenz in hohem Maße von der Konstanz der Versorgungsspannung und der Transistorkennwerte abhängig ist. In der Fi g. 2 ist der Verlauf der Kollektorspannungen eel und ec2 der Transistoren TrI und Tr2, der Kollektorströme icl und ze2, der Basisspannungen ebl und eb2 sowie der Basisströme ibl und ib2 einer Schaltung nach der Fig. 1 gezeigt.

Obwohl die Erfindung an Hand einer Schaltung erläutert wurde, bei der die Aufladung der Kondensatoren Cl und C 2 bei Erreichen einer bestimmten Spannung aufhört, gelten die Ergebnisse ebenso für eine Schaltung, bei der die Entladung durch einen Transistor bei Erreichen einer bestimmten Spannung aufhört. Gleiche Ergebnisse werden erzielt, wenn Röhren statt Transistoren verwendet werden. Auch das Anlegen geeigneter Vorspannungen an die Basis der einzelnen Transistoren oder die Gitter der einzelnen Röhren ist möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzstabiler Multivibrator mit einem ersten und einem zweiten als Schalter wirkenden und demzufolge zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand schaltbaren Ver-Stärkerelement (erste und zweite Schalteinrichtung), die kreuzungs weise durch je ein Widerstand-Kondensatorglied miteinander gekoppelt sind, das. jeweils zugleich die Verbindung zur Betriebs-

Spannungsquelle herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuereinrichtungen {R3, Dl und R6, Dl) vorgesehen sind, von denen jede aus der Betriebsspannung (E₀) einen niedrigeren Bezugsspannungswert (ZcI-E₀ und kl · E₀) ableitet, und daß die eine Steuereinrichtung der ersten Schalteinrichtung und die andere Steuereinrichtung der zweiten Schalteinrichtung derart zugeordnet ist, daß bei Erreichen eines Spannungswertes an dem Kondensator (Cl bzw. Cl) des jeweiligen Widerstand - Kondensatorgliedes, der dem durch die jeweilige Steuereinrichtung abgeleiteten Bezugsspannungswert {kl ■ E₀ bzw.

kl ■ E₀) entspricht, das Laden des entsprechenden Kondensators beendet wird.

2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Steuereinrichtung für die Ableitung des Bezugsspannungswertes

■ {kl · E₀ bzw. kl-E₀) ein Potentiometer enthält, das an die Betriebsspannungsquelle angeschaltet ist.

3. Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometeranzapfung über eine entsprechend gepolte Diode mit dem Kondensator des jeweiligen Widerstand-Kondensatorgliedes verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen