DE1267709B

DE1267709B - Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Frequenz eines Multivibrators gegen Schwankungen der Raumtemperatur

Info

Publication number: DE1267709B
Application number: DEP1267A
Authority: DE
Inventors: Hans Johansson
Original assignee: BILLMAN REGULATOR AB
Current assignee: BILLMAN REGULATOR AB
Priority date: 1965-04-13
Filing date: 1966-04-07
Publication date: 1968-05-09
Also published as: SE303790B; US3321713A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche KL: 21 al - 36/02

Nummer: 1267 709

Aktenzeichen: P 12 67 709.7-31

Anmeldetag: 7. April 1966

Auslegetag: 9. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Frequenz eines Multivibrators gegen Schwankungen der Raumtemperatur.

Ein bekanntes wichtiges Problem bei Schwingungserzeugern besteht ganz allgemein darin, daß es schwierig ist, die Frequenz stabil zu halten. Äußere Einflüsse wie insbesondere Temperaturschwankungen der umgebenden Atmosphäre sowie die Charakteristik von Bauelementen, welche Teile des Oszillators sind, beeinträchtigen häufig die erzeugte Frequenz, üblicher- , weise kann dieser Nachteil nur durch Verwendung einer beträchtlichen Zahl mit Vorbedacht ausgewählter Komponenten beseitigt werden, die sich durch äußerst hochwertige Beschaffenheit, insbesondere hinsichtlich Temperaturunempfindlichkeit und Alterungsbeständigkeit auszeichnen.

Es ist bereits bekannt, mit Transistoren ausgerüstete Oszillatoren dadurch zu stabilisieren, daß ein Thermistor in den Kreis der Basiselektrode eingefügt wurde, um jeweils eine Veränderung der Basisspannung mit Schwankungen der Temperatur zu erreichen und auf diese Weise temperaturabhängige Schwankungen der Leitfähigkeit des Transistors zu kompensieren.

In dem Bestreben, eine gute Temperaturkompensation zu erhalten, ist auch schon vorgeschlagen worden, in den Kollektorkreis eine halbleitende Diode mit der gleichen Temperaturabhängigkeit wie der Transistor einzufügen.

Durch die Erfindung wird eine andere Lösung des Problems der Schaffung eines Schwingungsgenerators vorgeschlagen. Hierdurch lassen sich besonders strenge Anforderungen an die Frequenzstabilität erfüllen, und es werden dabei nur wenige Bauelemente mit relativ geringen Kosten benötigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art für einen Multivibrator, welcher zwei Transistoren enthält, deren Basis- und Kollektorelektroden miteinander über frequenzbestimmende Glieder kreuzweise, ver-40 bunden sind. Erfindungsgemäß liegt in dem Emitterkreis mindestens des einen Transistors ein negativer Thermistor, so daß die Emitterspannung durch die Raumtemperatur über den Thermistor derart beeinflußt wird, daß die durch Raumtemperaturschwankungen verursachten Schwankungen der Kollektorspannung der Transistoren kompensiert werden.

Im folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Die Zeichnung veranschaulicht das Schaltbild eines bistabilen Multivibrators, der an den Ausgangsklem-Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Frequenz eines Multivibrators gegen Schwankungen der Raumtemperatur

Anmelder:

Billman-Regulator AB, Huddinge (Schweden)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Werdermann, Patentanwalt, 2000 Hamburg 13, Innocentiastr. 30

Als Erfinder benannt:

Hans Johansson, Huddinge (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 13. April 1965 (4876)

men 3, 4 eine Spannung in Form einer Rechteckwelle erzeugt. Zu dem Multivibrator gehören zwei Transistoren Tl und T2, deren Basiselektrode jeweils mit der Kollektorelektrode des anderen Transistors über einen Kondensator Cl bzw. C3 verbunden ist. Diese Kondensatoren bestimmen zusammen mit Widerständen R 4 bzw. R5 die Eigenfrequenz des Multivibrators, die bis zu einem gewissen Grad auch von den Verlustströmen der Transistoren sowie von der Restspannung zwischen dem Kollektor und der negativen Klemme beim leitfähigen Zustand der Transistoren abhängig ist. Vorzugsweise werden im vorliegenden Fall Siliciumtransistoren verwendet, weil sie besonders geringe Verlustströme aufweisen,, so daß es praktisch möglich ist, diese bei der Berechnung der eigenen Frequenz des Multivibrators zu vernachlässigen. Der hier dargestellte Multivibrator ist zum Antrieb einer Synchronuhr gedacht und daher mit Einrichtungen zur Synchronisierung mit der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes sowie mit Einrichtungen zur Ladung einer Sammlerbatterie A versehen. Bei etwaigem Ausfall des Netzes übernimmt die Sammlerbatterie die Speisung des Multivibrators. Die Netzklemmen Ii 2 sind mit zwei sich gegenüberliegenden Diagonalpunkten einer Vollweg-Gleichrichterbrücke L verbunden, deren andere beiden Diagonalpunkte an die Ausgangsktemnie 4 angeschlossen sind, und zwar eine davon direkt und die andere über Widerstände R h R2 und die Sammler-

809 548 381

Claims

3 4

batterie A. Der Kondensator Cl dient zur Glättung gedeckte Spannungsbereich; dieser Spannungsbereich des gleichgerichteten Stromes. Die Emitterelektroden nimmt ab, wenn die Restspannung zwischen dem der Transistoren sind über Emilterwidcrstände K7, Kollektor und dem negativen Pol (bei leitfähigem JtSmX der Klemme 4 verbunden; die Basiselektroden Zustand des Transistors) angehoben wird. sind Sicr Widerstände Jt*, Rl· und Kondensatoren 5 Die Temperaturabhängigkeit der Bauelemente der -TACSjcan eine der Nctzklcmmcn 1,2 angeschlossen. Schaltung läßt Änderungen der Zeitkonstanten T Vermittels dieser Verbindung liegt die Netzfrcquenz größer werden. Wenn f konstant gehalten werden soll, an den beiden Basiselektroden; sie treibt den Multi- muß sich der Ausdruck vibcztor so an. daß er etwas von seiner Eigenfrequenz

abweicht md im Synchronismus mit ihr schwingt 10 j_n U* + ^t

Eriedinigsgeinäß Begt nun parallel zu dem Emitter- U_m + U_spcrT

widerstand R7 em Thermistor RT, bestehend aus

einem Halbleiter, dessen Widerstand einen negativen im gleichen Ausmaß, aber in entgegengesetzter Rieh- ' Tcmperatftrkocffizientcn aufweist, d.fcu sein Wider- tung ändern. Jedoch sind aber in dem Ausdruck U_n, staadswert nimmt mit ansteigender Temperatur ab. 15 und U_sperr konstant, so daß nur die Möglichkeit Neben diesem Thermistor ist ein Heizwiderstand KIl einer Beeinflussung von U_t verbleibt. U_t setzt sich angeordnet, der in Reihe mit den Widerständen zusammen aus der Kollektor-Emitter-Spannung und RL Kl an die Leitung geschaltet ist weiche die der Emitterspannung (oberhalb des Potentials der Oteicnrichterbrücke L mit dem einen Pol der Samm- gemeinsamen Leitung zum negativen Pol der Sammler-Icrbatterie verbindet und den Ladestrom führt. Die 20 batterie), und daher wird der gewünschte Erfolg er-Basneiektroden der Transistoren sind mit diesem reicht d. h., U_t wird größer, wenn die Umgebungs-Batteriepol über die Widerstände RA, RS verbunden, temperatur ansteigt, sofern die Emitterspannung veritnd die Kollektorelektroden der Transistoren sind ändert werden kann, wie beispielsweise durch Ertait ihm über die Kollektorwiderstände K 3. R 6 vcr- gänzung des Emitterwiderstandes mittels eines nega- 25 tiven Thermistors. Wenn dann das Impuls-Intcrvall-

Der Toaperatarkoeffizient der zu dem Multivibra- verhältnis nicht in entsprechendem Ausmaß von ler gehörenden Kondensatoren ist negativ. Ändert Bedeutung ist, so genügt die Kompensation nur sich die Umgebungstemperatur des Multivibrators, des einen Emitterkreises der Transistoren. Die auch so bringt der Temperaturkoeffizient der Bauelemente nach Einführung der Kompensation noch verbleibende eine entsprechende Frequenzänderung mit sich, deren 30 Frequenzdrift ist sehr gering, sofern der Thermistor KklitMg so verEraft. daß die Frequenz, wenn die entsprechend bemessen ist und die Schwankung der Umgebungstemperatur steigt zunimmt Um diese Umgebungstemperatur in einem Bereich von 10 bis Erschg zu kompensieren, könnte ein Bauelement 60 C liegt.

mit eioeai großen positiven Koeffizienten von Nutzen Beim Trimmen eines für den vorliegenden Anwcn-

'■atimz im vorfiegeaden Fall jedoch ist kein solches .15 dungszwcck geeigneten Multivibrators soll seine .jpaafpeies eent verfügbar. Schwingungsfrequenz so genau wie möglich auf die

Statt dessen beraht die Erfindung auf dem Prinzip Netzfrequenz, d.h. auf 50 Hz. eingestellt werden. der Herbeiführung einer Kompensation durch Bc- Normalerweise, wenn das Netz unter Spannung ciiiirassiia£ der Restspannnng zwischen der Kollektor- steht wird dann der Multivibrator zwangsweise elektrode mod dem negativen Pol eines Transistors 40 durch die Netzfrequenz synchronisiert, wie bereits im kitfahigen Zustand. Die Größe dieser Spannung erwähnt; die Eigenfrequenz des Multivibrators soll kann dMch Andern des Widerstandes im Emitter- dann eher auf einen tieferen Wert als den der Nctzkxek des Transistors beeinflußt werden. Der ge- frequenz eingestellt werden. Hierzu wird die Eigeni fxfölg lallt sich durch Verbindung does frequenz des Multivibrators, wenn dieser mit dem wca Thermistors mk dem gemeinsamen Emitter- 45 Netz verbunden ist dadurch erniedrigt daß der

h d 1

widerstand erreichen. erwähnte Widerstand R11 den zur Temperaturkom-

DÄe Sdnmgnagsfrcqoenz ist bestimmt durch des pensation dienenden Thermistor RT beheizt. Vorzugsweise wird auf diese Art die Eigenfrequenz des Multi'

1 vibrators so eingestellt, daß sie um etwa 2 Hz von

/ = -- τ» der Netzfrequenz abweicht, sobald der Widerstand

¹³ All den Thermistor beheizt.

i %«■£*> die beiden zusammen die Zeitspanne Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung

fcriod biklenden Zeitabschnitte sind. der Erfindung beschränken sich nicht auf die hier

Wi itn ili ti ^i if ifti ι ImmIIi 11 in ιΐ int £rh ihr n iiτnlrii beschriebenen und dargestellten Einzelheiten, mit

bJenst aaca / konstant. Die Zeitabschnitte lassen 55 denen das Wesen der Erfindung lediglich erläutert

sich wie fcigt andocken: weiden soll.

_, _ V- -J- V_t Patentansprüche:

m- hztfat _fo 1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der

., j- Frequenz eines Multivibrators gegen Raumtem-

*- -*r -r ii· J5__—*—, perdturschwankungen. welcher zwei Transistoren

— t»i ^_n* enthält deren Basis- und Kollektorelektroden

miteinander Ober frequenzbestimmende Glieder

sjyCi, ^s^Cj, l/. = Speisespanaaog. *S kreuzweise verbunden sind, dadurch ge-V₁It^r-BMmtfmmmmg bä Beginn des leitenden kennzeichnet, daß in dem Emitterkreis

; dec «äMprcchcnden Traesistors, U_k = der mindestens des einen (TD der Transistoren (Tt,

während der Ladcaok Γ2) ein negativer Thermistor (RT) liegt so daß

die Emitterspannung durch die Raumtemperatur über den Thermistor derart beeinflußt wird, daß die durch Raumtemperaturschwankungen verursachten Schwankungen der Kollektorspannung der Transistoren kompensiert werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (RT) parallel zu einem gemeinsamen Emitterwiderstand angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (KT)

unter steht.

Einwirkung eines Heizwiderstandes (RH)
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden der Transistoren (Tl, Tl) über Schaltungselemente wie Kondensatoren und Widerstünde (C 4, R 9, CS, R10) mit den Klemmen (1, 2) zum Anschluß einer speisenden Wechselspannungsquelle verbunden sind, um die Frequenz des Multivibrators mit derjenigen der Wechselspannungsquelle zu synchronisieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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