DE1271172B - Monostable multivibrator with a pulse duration that is independent of temperature and operating voltage fluctuations - Google Patents
Monostable multivibrator with a pulse duration that is independent of temperature and operating voltage fluctuationsInfo
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Description
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
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Deutsche Kl.: 21 al-36/02 German class: 21 al -36/02
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1271172
P 12 71 172.7-31
30. JuH 1964
27. Juni 19681271172
P 12 71 172.7-31
June 30, 1964
June 27, 1968
Die Erfindung bezieht sich auf einen monostabilen Multivibrator mit einer gegenüber Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen unabhängigen Impulsdauer, bestehend aus zwei Verstärkerelementen, die hinsichtlich ihrer Steuer- und Ausgangselektroden kreuzweise durch Koppelglieder miteinander verbunden sind, bei dem ferner eines der beiden Koppelglieder einen Kondensator enthält, der zusammen mit weiteren in seinem Stromkreis angeordneten Widerständen das die Betriebs- bzw. Kippzeit bestimmende Zeitglied bildet und bei dem der den Kondensator enthaltende Stromkreis mit einem an die Betriebsgleichspannungsquelle angeschalteten Widerstandsspannungsteiler über eine Diode in Verbindung steht.The invention relates to a monostable multivibrator with a temperature and Operating voltage fluctuations independent pulse duration, consisting of two amplifier elements, which are cross-connected to each other with regard to their control and output electrodes by coupling elements are, in which one of the two coupling elements also contains a capacitor, which together with further resistors arranged in its circuit, the one that determines the operating or breakdown time Forms timing element and in which the circuit containing the capacitor with a the operating DC voltage source connected resistor voltage divider via a diode stands.
Bei Kippschaltungen dieser Art ist im Ruhezustand der Schaltung (stabiler Zustand) eines der beiden Verstärkerelemente stets leitend und das andere gesperrt. Die Spannung oder der Strom, die bzw. der dann erzeugt wird, wenn das im stabilen Zustand gesperrte Verstärkerelement durch ein von außen angelegtes Signal in den leitenden Zustand gekippt wird, wird über das Zeitglied auf das im stabilen Zustand leitende Verstärkerelement geschaltet und führt dieses in den gesperrten Zustand über. Da die Verstärkerelemente, Röhren oder Transistoren, als Schalter betrieben werden, kehrt auf diese Weise das gesperrte Verstärkerelement nach Ablauf der durch das obenerwähnte Zeitglied bestimmten Zeit in den leitenden Zustand zurück.With multivibrators of this type, one of the two is in the idle state of the circuit (stable state) Amplifier elements always conductive and the other blocked. The voltage or current that is which is then generated when the amplifier element locked in the stable state by an external applied signal is toggled into the conductive state, the timer is switched to the stable Switched state conductive amplifier element and transfers it to the blocked state. Since the Amplifier elements, tubes or transistors, operated as switches, returns in this way the blocked amplifier element after the time determined by the above-mentioned timer has elapsed return to the conductive state.
Die Betriebszeit, das ist die Zeit, die zwischen der Umsteuerung der Verstärkerelemente von ihrer Ruhelage in die Arbeitslage und wieder zurück in ihre Ruhelage verstreicht, ist im wesentlichen von der Sperrcharakteristik der Verstärkerelemente und den Schwankungen der Versorgungsspannung abhängig. Diese Betriebszeit- bzw. Impulsdauerschwankungen können ± 10 bis ±50% der Sollbetriebszeit betragen. Bei Verwendung von Transistoren beeinflussen Temperaturänderungen zusätzlich in hohem Maße die Betriebszeit, so daß eine stabile Arbeitsweise in Frage gestellt ist.The operating time is the time between the reversal of the amplifier elements from their rest position elapses into the working position and back to its rest position is essentially of the Blocking characteristics of the amplifier elements and the fluctuations in the supply voltage are dependent. These fluctuations in the operating time or pulse duration can amount to ± 10 to ± 50% of the nominal operating time. When using transistors, temperature changes also have a major influence on the Operating time, so that stable operation is in question.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen monostabilen Multivibrator der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung anzugeben, die die geschilderten Schwierigkeiten überwindet.The invention is based on the object described in the introduction for a monostable multivibrator Art to provide a simple solution that overcomes the difficulties described.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das den Kondensator enthaltende Koppelglied
aus der Reihenschaltung dieses Kondensators mit einem Widerstand besteht und mit seinem kon- so
densatorseitigen Anschluß mit der Steuerelektrode des einen Verstärkerelementes und mit seinem wider-Monostabiler
Multivibrator mit einer gegenüber
Temperatur- undThis object is achieved according to the invention in that the coupling element containing the capacitor consists of the series connection of this capacitor with a resistor and with its capacitor-side connection with the control electrode of one amplifier element and with its counter-monostable multivibrator with one opposite
Temperature and
Betriebsspannungsschwankungen unabhängigen
ImpulsdauerOperating voltage fluctuations independent
Pulse duration
Anmelder:Applicant:
Fujitsu Limited, Kawasaki (Japan)Fujitsu Limited, Kawasaki (Japan)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. M. SchlenkDipl.-Ing. M. Schlenk
und Dipl.-Ing. R. Seibert, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. R. Seibert, patent attorneys,
8000 München 2, Witteisbacherplatz 28000 Munich 2, Witteisbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Hideya Nishioka, Kawasaki (Japan)Dipl.-Ing. Hideya Nishioka, Kawasaki (Japan)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Japan vom 30. Juli 1963 (38-40100)Japan July 30, 1963 (38-40100)
standsseitigen Anschluß mit der Ausgangselektrode des anderen Verstärkerelementes verbunden ist, daß ferner die Diode an den gemeinsamen Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand in solcher Polarität angeschaltet ist, daß die Diode im Arbeitszustand der Verstärkerelemente zunächst gesperrt ist und im Verlauf der sich am Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand ändernden Spannung bei Unter- bzw. überschreiten eines durch den Widerstandsspannungsteiler vorgegebenen Spannungswertes in den leitenden Zustand übergeht.stand-side terminal is connected to the output electrode of the other amplifier element that furthermore the diode at the common connection point of capacitor and resistor in such Polarity is switched on so that the diode is initially blocked in the working state of the amplifier elements and in the course of the voltage changing at the junction of capacitor and resistor when falling below or exceeding a voltage value specified by the resistance voltage divider goes into the conductive state.
Durch die spezielle erfindungsgemäße Ausbildung des monostabilen Multivibrators in Verbindung mit der besonderen Anschaltung der Diode an das Zeitglied ist es in einfacher und vorteilhafter Weise möglich, die auf Grund von Umgebungstemperatur- und/oder Versorgungsspannungsschwankungen bedingten Änderungen der Impulsdauer erheblich zu verringern. Die Impulsdauer ist nunmehr in weiten Grenzen nur noch durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes bestimmt und wird hierbei auch nicht mehr von der Sperrschichtcharakteristik der Verstärkerelemente beeinflußt.Due to the special design according to the invention of the monostable multivibrator in conjunction with The special connection of the diode to the timing element makes it simple and advantageous possible due to fluctuations in ambient temperature and / or supply voltage Significantly reduce changes in the pulse duration. The pulse duration is now wide Limits are only determined by the time constant of the timing element and are no longer here influenced by the junction characteristics of the amplifier elements.
Es sind zwar bereits monostabile Multivibratoren bekannt, deren Kippzeit durch eine in den Steuerkreis des einen Verstärkerelementes eingeprägte veränderbare Gleichspannung eingestellt werden kann undIt is true that monostable multivibrators are already known whose breakover time is entered into the control circuit of the one amplifier element impressed variable DC voltage can be set and
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• bei denen zur Ausnutzung ein und derselben Regelspannungsquelle für mehrere monostabile Multivibratoren die Steuerkreise dieser Multivibratoren an die Regelspannungsquelle über jeweils die Reihenschaltung aus einer Diode und einem Widerstand angeschaltet sind. Diese bekannten Anordnungen unterscheiden sich vom Erfindungsgegenstand jedoch nicht nur hinsichtlich verschiedener Schaltungsdetails. Die dort gewählte Anschaltung der Diode an das Zeitglied führt auch nicht zum erfindungsgemäßen Erfolg.• those for utilizing one and the same control voltage source the control circuits of these multivibrators for several monostable multivibrators to the control voltage source via the series connection of a diode and a resistor are turned on. However, these known arrangements differ from the subject matter of the invention not only with regard to various circuit details. The connection of the diode to the The timing element also does not lead to the success according to the invention.
Beim Erfindungsgegenstand läßt sich die Impulsdauer ohne weiteres auf weniger als ±1% des Sollwertes konstant halten. With the subject matter of the invention, the pulse duration can easily be kept constant at less than ± 1% of the nominal value.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet On the basis of an embodiment shown in the drawing, the invention is intended in the following will be explained in more detail. In the drawing means
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, .F i g. 1 an embodiment according to the invention, .
F i g. 2 den zeitlichen Verlauf von Spannung und Strom beim Zeitglied der Schaltung nach der F i g. 1, Fi g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.F i g. 2 shows the variation over time of voltage and current in the timing element of the circuit according to FIG. 1, Fi g. 3 shows a further embodiment according to the invention.
Das Ausführungsbeispiel nach der Fi g. 1 weist als Verstärkerelement zwei Transistoren TrI und Tr 2 auf. Der Transistor TrI ist im Ruhezustand (stabiler Zustand des Multivibrators) stets leitend, denn er erhält über den Widerstand R1 von Betriebsspannungsanschluß 1 eine entsprechende Vorspannung. Der durch den Widerstand fließende Kollektorstrom verursacht einen Spannungsabfall, der die Kollektorspannung des Transistors TrI stets etwas negativer als das Massepotential hält. Demgegenüber bekommt Tr2 über den Betriebsspannungsanschluß 2 eine positive Vorspannung, die den Transistor weit in den Sperrzustand hineinsteuert, so daß die Schaltung unter diesen Bedingungen stabil ist. Dabei wird den Kondensator C über die Diode £>, den Widerstand R4 zwischen dem Emitter und der Basis von TrI und einen Teil des Widerstandes R 3 (zwischen den Anschlüssen 4 und 1) auf die Spannung E0 aufgeladen. Wird jetzt an dem Anschluß 3 ein äußeres Signal (Triggerimpuls) angelegt, um den Transistor TrI zu sperren, verschwindet der Spannungsabfall an R2 und das Kollektorpotential von TrI erreicht fast die Höhe der Betriebsspannung. Damit wird aber auch die Basis des Transistors Tr2 schnell auf negatives Potential vorgespannt, und Tr2 kommt in den leitenden Zustand (Arbeitszustand).The embodiment according to Fi g. 1 has two transistors TrI and Tr 2 as the amplifier element. The transistor TrI is always conductive in the idle state (stable state of the multivibrator) because it receives a corresponding bias voltage from the operating voltage terminal 1 via the resistor R 1. The collector current flowing through the resistor causes a voltage drop which always keeps the collector voltage of the transistor TrI somewhat more negative than the ground potential. In contrast, Tr2 receives a positive bias voltage via the operating voltage terminal 2, which controls the transistor far into the blocking state, so that the circuit is stable under these conditions. The capacitor C is charged to the voltage E 0 via the diode £>, the resistor R4 between the emitter and the base of TrI and part of the resistor R 3 (between the terminals 4 and 1). If an external signal (trigger pulse) is now applied to terminal 3 in order to block transistor TrI, the voltage drop across R2 disappears and the collector potential of TrI almost reaches the level of the operating voltage. In this way, however, the base of the transistor Tr2 is also quickly biased to a negative potential, and Tr2 comes into the conductive state (working state).
Nunmehr erzeugt der über dem Widerstand R 3 fließende Kollektorstrom des Transistors Tr2 einen Spannungsabfall an R 3, und das Potential an dessen Anschluß 4 wird positiv gegenüber Anschluß 5 des aufgeladenen Kondensators C. An Diode D liegt deshalb eine Sperrspannung, so daß diese sperrt, und der Kondensator C entlädt sich über den Widerstand RS, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr2 und den Widerstand R4. The collector current of the transistor Tr2 flowing across the resistor R 3 now generates a voltage drop at R 3, and the potential at its terminal 4 becomes positive compared to terminal 5 of the charged capacitor C. A reverse voltage is therefore applied to diode D , so that it blocks, and the capacitor C discharges through the resistor RS, the collector-emitter path of the transistor Tr2 and the resistor R4.
Die F i g. 2a zeigt den Verlauf der Spannung Ec des Kondensators C, und die Fi g. 2b zeigt entsprechend den Verlauf des Lade- bzw. Entladestromes ic. Wenn die Zeit zwischen dem Erreichen des leitenden Zustande im Transistor Tr 2 und dem Beginn der Entladung des Kondensators C mit »i« bezeichnet wird, dann ist, wie aus der F i g. 2 ersichtlich, für t<0i nämlich vor Beginn der Entladung, ■Ec gleich E0. Für t > 0, also nach Beginn der Entladung, ändert sich Ec in Abhängigkeit von der Zeit mitThe F i g. 2a shows the course of the voltage E c of the capacitor C, and Fi g. 2b shows the course of the charging or discharging current i c . If the time between reaching the conductive state in the transistor Tr 2 and the beginning of the discharge of the capacitor C is denoted by "i", then, as shown in FIG. 2, for t <0i namely before the start of the discharge, ■ E c equals E 0 . For t> 0, i.e. after the start of the discharge, E c changes with the time
E ο = E0 eE ο = E 0 e
Der Entladestrom ic ist Null für t < 0 und ändert sich für t > 0 gemäßThe discharge current i c is zero for t < 0 and changes for t> 0 according to
■ _■ _ &O&O C{R4 + RS)C {R4 + RS)
R4 + R5R4 + R5
Wenn die Entladung fortdauert und wenn das negative Potential am Anschluß 5 schließlich kleiner wird als das Potential k ■ E0 des Anschlusses 4 des Widerstandes R3, wird die Diode D leitend, womit die Entladung von C aufhört. Ist letztere Zeit »ij«, bleibt das Potential am Anschlußpunkt 5 nach Ablauf von t2 konstant auf dem Wert von k ■ E0. Aus diesem Grunde wird der Entladestrom ic des Kondensators C rasch bei t = J2 zu Null. Gleichzeitig fällt die Vorspannung von TrI unter die Sperrspannung ab, so daß der Transistor wieder in den Arbeitszustand (leitender Zustand) versetzt wird. Dadurch nähert sich die Kollektorspannung von TrI dem Massepotential und die Basisspannung von Tr2 steigt schnell ins Positive. Damit sperrt Tr 2, und die Schaltung kehrt in den stabilen. Zustand zurück, bis wieder ein Triggerimpuls an Anschluß 3 angelegt wird. Dies kann geschehen, nachdem der Kondensator C durch E0 über die Basisschaltung von TrI, die Diode D und einen Teil von R 3 wieder aufgeladen ist. Die Zeitdifferenz I2 — ^ bestimmt die Kippzeit bzw. Impulsdauer des monostabilen Multivibrators.If the discharge continues and if the negative potential at terminal 5 finally becomes smaller than the potential k ■ E 0 of terminal 4 of resistor R3, diode D becomes conductive, whereby the discharge of C ceases. If the latter time is “ij”, the potential at connection point 5 remains constant at the value of k · E 0 after t 2 has elapsed. For this reason, the discharge current i c of the capacitor C quickly becomes zero at t = J 2. At the same time, the bias voltage of TrI drops below the reverse voltage, so that the transistor is put back into the working state (conductive state). As a result, the collector voltage of TrI approaches the ground potential and the base voltage of Tr2 quickly rises to the positive. This blocks Tr 2 and the circuit returns to stable. State back until a trigger pulse is applied to connection 3 again. This can be done after the capacitor C has been recharged through E 0 via the base circuit of TrI, the diode D and part of R 3. The time difference I 2 - ^ determines the breakover time or pulse duration of the monostable multivibrator.
t2 ist ein Wert von r, der der Gleichung t 2 is a value of r that of the equation
Ec- icR4 = k- E0 genügt, die sich ergibt aus E c - i c R4 = k - E 0 is sufficient, which results from
C(R4 + R5) ._ C (R4 + R5) ._
R4R4
Daraus ergibt sich t2 zu
t2 = C (RA+ RS^ log. This results in t 2 to
t 2 = C (RA + RS ^ log.
C(R4 + RS) . _ C (R4 + RS). _
R5R5
(R4 + RS)k(R4 + RS) k
Demnach ist die Impulsdauer t2 nur abhängig von R4, R5, C und dem Spannungsteilerverhältnis k von R3. Die Betriebsspannung E0 und das Verhalten der Transistoren TrI und Tr2 sind ohne Einfluß.Accordingly, the pulse duration t 2 is only dependent on R4, R5, C and the voltage divider ratio k of R3. The operating voltage E 0 and the behavior of the transistors TrI and Tr2 have no influence.
In der Praxis können auch Wertänderungen von J?4, R5, C und k infolge Temperatur oder Alterung klein gehalten werden, so daß die Kippzeit f2 der Schaltung mit derselben Stabilität eingehalten werden kann, wie die Genauigkeit dieser Bauteile. Dementsprechend ist die Stabilität der beschriebenen Schaltung gegenüber herkömmlichen monostabilen Multivibratoren ganz wesentlich verbessert, da bei letzteren die Stabilität in starkem Maße von der Konstanz der Versorgungsspannung und der Transistordaten abhängt.In practice, changes in values of J? 4, R5, C and k due to temperature or aging can also be kept small, so that the breakover time f 2 of the circuit can be maintained with the same stability as the accuracy of these components. Accordingly, the stability of the circuit described is significantly improved compared to conventional monostable multivibrators, since the stability of the latter depends to a large extent on the constancy of the supply voltage and the transistor data.
Die Betriebszeit t2 wird durch die Werte für R4, R5 und C bestimmt. Sie kann auch kontinuierlich durch Änderung des Spannungsteilerverhältnisses k des Widerstandes von R3 verändert werden.The operating time t 2 is determined by the values for R4, R5 and C. It can also be changed continuously by changing the voltage divider ratio k of the resistor of R3 .
Die Fi g. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltung. ;The Fi g. 3 shows an application example for a circuit according to the invention. ;
In diesem Fall wird der gleiche Effekt erhalten, wenn direkt geerdet wird und der Kollektor vonIn this case, the same effect is obtained when earthed directly and the collector of
Tr 2 nicht mit dem Widerstand R3 verbunden wird. In diesem Fall arbeiten R3 und Dl genau wie R3 und D in der Fig. 1. Die Diode D2 sorgt für eine rasche Aufladung von C, wenn Tr 2 vom Arbeitszustand in den Sperrzustand schaltet. Der Schaltungsaufbau eignet sich besonders dann, wenn mehrere verschiedene Potentialteilungsschaltungen entsprechend R3 vorgesehen sind, um mehrere verschiedene Betriebs- bzw. Kippzeiten zu erhalten.Tr 2 is not connected to resistor R3 . In this case, R3 and Dl work exactly like R3 and D in FIG. 1. The diode D 2 ensures that C is charged quickly when Tr 2 switches from the working state to the blocking state. The circuit structure is particularly suitable when several different potential dividing circuits are provided in accordance with R3 in order to obtain several different operating or breakover times.
Die oben ausgeführten Überlegungen gelten für Schaltungen, in denen C während des stabilen Zustandes der Schaltung aufgeladen und während des labilen Zustandes entladen wird. Dasselbe Ergebnis wird aber auch mit einer Schaltung erzielt, in der der Kondensator im stabilen Zustand der Schaltung entladen und im labilen Zustand aufgeladen wird.The above considerations apply to circuits in which C is in the stable state the circuit is charged and discharged during the unstable state. Same result but is also achieved with a circuit in which the capacitor is in the stable state of the circuit discharged and charged in an unstable state.
Die Schaltung arbeitet in gleicher Weise, wenn Röhren an Stelle von Transistoren verwendet werden.The circuit works the same when tubes are used instead of transistors.
Claims (1)
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