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Rechteckgenerator mit umschaltbarem Tastverhältnis Die Erfindung betrifft
einen Generator für Rechteckimpulse mit umschaltbaren Tastverhältnissen, vorzugsweise
sehr unterschiedlicher Größe.
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Solche Generatoren werden in verschiedenen digital arbeitenden Anlagen,
unter anderem in Vermittlungsanlagen der Nachrichtentechnik benötigt. Es sind dafür
eine Reihe recht verschiedener Lösungen bekanntgeworden, die, wenn eine Umschaltemöglichkeit
gegeben war, eine Änderung des Tastverhältnisses nur in recht begrenztem Maße erlaubte.
Ein weiterer Nachteil dieser Schaltungen ist ein verhältnismäßig flacher Übergang
vom einen in den anderen Schaltzustand.
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Eine Schaltung für einen Rechteckgenerator für eine Impulsfolge mit
großem Tastverhältnis ist beispielsweise bekannt durch die deutsche Auslegeschrift
1078 616, wobei die Schaltung zwei zeitbestimmende Glieder enthält, von denen eines
elektronisch regelbar ist. Frequenz und Tastverhältnis sind dabei nur in engen Grenzen
veränderbar.
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Schaltungen mit einem astabilen Multivibrator in Verbindung mit einem
Miller-Integrator (Phantastron), wie z. B. in Baranowski/Jankowski, »Transistorschaltungen
in der Impulstechnik«, Berlin, 1966, S. 170, angegeben, erlauben keine großen Tastverhältnisse,
und die Zeitdauer für einen Schaltzustand ist nicht unabhängig von der Dauer des
anderen Schaltzustandes regelbar.
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Eine hierauf aufbauende Schaltung für unabhängig voneinander veränderbare
Schaltzeiten ist durch die deutsche Auslegeschrift 1214 715 bekanntgeworden. Auch
bei dieser ist das mögliche Tastverhältnis begrenzt.
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Diese Nachteile vermeidet die Generatorschaltung gemäß der Erfindung.
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Sie liefert Rechteckspannungen mit unabhängig voneinander einstellbaren
Schaltzeiten für die beiden Schaltzustände, wobei ein Tastverhältnis bis zu etwa
1:105 erreicht werden kann, und erlaubt in einfacher Weise das Umschalten von einem
großen auf ein kleines Tastverhältnis von etwa 1:1.
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Die Schaltungsanordnung besteht aus einem an sich bekannten bistabilen
Multivibrator mit den an sich ebenfalls bekannten Baugruppen RC-Glied und Miller-Integrator
und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuern des Multivibrators
bei großem Tastverhältnis nach dem Ablauf der langen Zeiten durch das RC-Glied,
nach dem Ablauf der kurzen Zeiten durch den Miller-Integrator und bei kleinem Tastverhältnis
nach dem Ablauf jeder der beiden Zeiten allein durch den Miller-Integrator bewirkt
wird. Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt F i g. 1 einen Übersichtsschaltplan, aus dem die Wirkungsweise der Anordnung
bei großen Tastverhältnissen hervorgeht, F i g. 2 als Beispiel den Stromlaufplan
einer vollständigen Schaltung mit Umschaltemöglichkeit für zwei sehr unterschiedliche
Tastverhältnisse.
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Der Übersichtsschaltplan F i g. 1 zeigt den MultivibratorMV, denMiller-IntegratorMI,
dasZeitgliedZ mit dem KondensatorC 1, dem Widerstand R 1 und den Schaltern
S 1 und S 2 und einen Impedanzwandler 1W.
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Der Miller-Integrator bestimmt eine, vorzugsweise kürzere Zeitdauer
für den einen und das Zeitglied Z eine andere, vorzugsweise längere Zeitdauer für
den zweiten Schaltzustand des Multivibrators.
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Angenommen, die Periode beginne mit dem Anfang der längeren Schaltzeit
und der Multivibrator MV habe den entsprechenden Schaltzustand I eingenommen. Durch
das am Ausgang A des Multivibrators MV auftretende Signal wird der Schalter
S 1 ge-
schlossen und der Kondensator C 1 über den Widerstand R 1 aufgeladen.
Der am Kondensator C 1 angeschlossene Impedanzwandler 1W nimmt die Spannung am Kondensator
C 1 hochohmig ab und gibt sie niederohmig auf den Eingang E1 des Multivibrators
MV. überschreitet diese Spannung einen vorgegebenen Sollwert, so schaltet der Multivibrator
MV in seinen zweiten Schaltzustand 1I um. Das nun fehlende Signal am Ausgang
A des Multivibrators bewirkt das öffnen des Schalters S 1; durch ein Signal am Ausgang
A' des Multivibrators wird der Schalter S2 ge-
schlossen und dadurch
der Kondensator C 1 rasch entladen. Zugleich wird durch dasselbe Signal des Multivibrators
die Änderung der Ausgangsspannung des Miller-Integrators eingeleitet. Erreicht diese
Spannung eine bestimmte Schwelle, so wird über den
Eingang E2 der
Multivibrator wieder in seinen ersten Schaltzustand I umgesteuert und von seinem
Ausgang A' her der Schalter S2 geöffnet.
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F i g. 2 zeigt als Beispiel eine vollständige Schaltung gemäß der
Erfindung. Darin wird der bistabile Multivibrator gebildet durch die Transistoren
Ts5 und Ts6 in Verbindung mit den Widerständen R 12, R13, R14, R15 und der
Zenerdiode Gr5. Solange keine äußere Beeinflussung auftritt, halten sich die beiden
Transistoren gegenseitig im jeweiligen leitenden oder nichtleitenden Zustand. Der
Transistor Ts4 mit dem Widerstand R 11 wirkt als Impedanzwandler. Der Transistor
Tsl mit den Widerständen R 8 und R 9 entspricht dem Schalter S 1 und der Transistor
Ts2 dem Schalter S 2 der F i g. 1. Der Miller-Integrator besteht aus dem
Transistor Ts3, dem Kondensator C 2 und den Widerständen R 2 und R 3 und das RC-Glied
aus dem Widerstand R 1 und dem Kondensator C1. Durch den Schalter S3 im RC-Kreis
kann dieser geöffnet und dadurch die Anordnug auf ein kleines Tastverhältnis der
abgegebenen Impulsfolge umgeschaltet werden.
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Bei geschlossenem Schalter S 3 liefert die Schaltung eine Impulsfolge
mit großem Tastverhältnis. Zum Beginn der langen Zeitdauer sind die Transistoren
Ts5 und Ts6 leitend, und der Multivibrator ist in seinem ersten Schaltzustand. Durch
den über die Widerstände R 8, R 9 und den Transistor Ts 6 fließenden Strom
wird der Transistor Ts 1 leitend gesteuert und daher der Kondensator C 1 über den
Widerstand R 1 und den Transistor Tsl geladen. Die Transistoren Ts2 und Ts3 sind,
da der Gleichrichter Gr3 über den Widerstand R 5 und den Transistor 6 leitend und
deshalb der Gleichrichter Gr2 hochohmig ist, ohne Basisstrom und daher nichtleitend.
Die Spannung am Emitter des Transistors Ts 4 folgt der an der Basis desselben
Transistors anliegenden Spannung des Kondensators C 1 und durchbricht nach einer
im wesentlichen durch die Größen des Widerstandes R1 und des Kondensators C 1 bestimmten
Zeit beim Erreichen eines gewissen Wertes über den Gleichrichter Gr4 die Schwelle
der Zenerdiode Gr5 und sperrt den Transistor Ts5. Damit wird der bis zu diesem Zeitpunkt
fließende Strom über die Widerstände R14 und R 15 unterbrochen und auch der Transistor
Ts 6
gesperrt, der Multivibrator hat in seinen zweiten Schaltzustand umgeschaltet.
Mit dem Sperren des Transistors Ts6 wurde auch der Strom über die Widerstände R
8 und R 9 unterbrochen, der Transistor Ts 1 gesperrt, damit das Laden des
Kondensators C 1 beendet und der Gleichrichter Gr3 gesperrt. Der Transistor Ts2
erhält über den Gleichrichter Gr2 und die Widerstände R 5 und R 7 Basisstrom, wird
leitend und entlädt über den Widerstand R 10 in kurzer Zeit den Kondensator C
1. Der Kondensator C 2
lag, während des ersten Schaltzustandes des
Multivibrators und solange der Gleichrichter Gr2 und die Transistoren Ts2 und Ts3
gesperrt waren, über die Widerstände R 2 und R 3 an der Speisespannung und wurde
aufgeladen. Mit dem Leitendwerden des Gleichrichters Gr2 geht die Spannung an der
Basis des Transistors Ts3, verzögert mit der durch den Kondensator C 2 und im wesentlichen
durch die Widerstände R 5 und R 6 gegebenen Zeitkonstante gegen positive Werte,
der Transistor Ts3 wird zunehmend leitend, und die Polarität der Ladung des Kondensators
C 2 wird gegenüber dem ursprünglichen Zustand umgekehrt. Erreicht die Spannung am
Kondensator C2 einen gewissen Wert und überschreitet damit die Schwellenspannung
der Zenerdiode Gr 1, so fließt ein Strom über die Widerstände R
12 und R 4, die Zenerdiode Grl und den Transistor Ts3; der Spannungsabfall
am Widerstand R 12 steuert den Transistor Ts5 und dieser über die Widerstände R
14 und R 15 den Transistor Ts6 leitend. Damit hat der Multivibrator wieder seinen
ersten Schaltzustand erreicht, und es beginnt die nächste Periode.
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Bei geöffnetem SchalterS3 liefert die Schaltung eine Impulsfolge mit
einem kleinen Tastverhältnis bis etwa 1:1. Als Beginn einer Periode soll wieder
der Zeitpunkt angesehen werden, in dem die Transistoren Ts5 und Ts6 leitend geworden
sind und damit der Multivibrator seinen ersten Schaltzustand angenommen hat. Der
über die Widerstände R 8 und R 9 und den Transistor Ts6 fließende Strom steuert
mit der am Widerstand R 8 abfallenden Spannung den Transistor Tsl leitend. Der außerdem
über den Transistor Ts 6, den Gleichrichter Gr 3 und den Widerstand
R 5 fließende Strom macht den Gleichrichter Gr2 hochohmig. Damit erhalten die Transistoren
Ts2 und Ts3 keinen ausreichenden Basisstrom und beginnen zu sperren. Der Kondensator
C 2, der im vorhergehenden Periodenabschnitt bei leitendem Transistor Ts3 über die
Widerstände R 5 und R 6 und den Gleichrichter Gr2 aufgeladen war, wird nun über
die Widerstände R 2 und R 3 umgeladen. Dabei bewirkt die durch den Kondensator C
2 und im wesentlichen durch den Widerstand R 3 gegebene Zeitkonstante eine Verzögerung
der vollständigen Sperrung der Transistoren Ts 2 und Ts 3. Wenn mit
steigender Ladung des Kondensators C 2 der Spannungsabfall am Widerstand R 3 gegen
Null geht, sperren die Transistoren Ts2 und Ts3. Zugleich verschiebt sich die Spannung
an der Basis des Impedanzwandlertransistors Ts4 und damit auch an dessen Emitter
in positiver Richtung. Erreicht diese Spannung einen bestimmten Wert, so wird der
Gleichrichter Gr 4 leitend, und der Strom des Transistors Ts6 fließt über
die Widerstände R 11 und R 13 und den Gleichrichter Gr4. Die Zenerdiode Gr5 wird
gesperrt, so daß wegen des fehlenden Basisstromes der Transistor Ts5 und damit auch
der Transistor Ts6 gesperrt wird. Der Multivibrator hat in seinen zweiten Schaltzustand
geschaltet. Mit dem Sperren des Transistors Ts6 wird auch der Strom über die Widerstände
R 8 und R 9 unterbrochen, und der Gleichrichter Gr3 wird hochohmig.
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Mit dem Sperren des Gleichrichters Gr 3 fließt ein Strom über die
Widerstände R 5, R 6 und R 3 und den Gleichrichter Gr2. Dabei geht die Spannung
an der Basis des Transistors Ts3 verzögert mit der durch den Kondensator C2 und
im wesentlichen durch die Widerstände R 5 und R 6 gegebenen Zeitkonstante gegen
positive Werte, der Transistor Ts3 wird zunehmend leitend, und die Polarität der
Ladung des Kondensators C 2 wird gegenüber dem ursprünglichen Zustand umgekehrt.
Erreicht die Spannung am Kondensator C2 einen gewissen Wert und überschreitet damit
die Schwellenspannung der Zenerdiode Gr1, so fließt ein Strom über die Widerstände
R 72 und R4, die Zenerdiode Gr 1 und den Transistor Ts 3.
Dann steuert der
Spannungsabfall am Widerstand R12 den Transistor Ts5 und dieser den Transistor Ts6
leitend. Der Multivibrator hat wieder seinen ersten Schaltzustand erreicht, und
er beginnt die nächste Periode. Der etwa gleichzeitig mit dem Transistor
Ts3
leitend werdende Transistor Ts2 hat auf den Multivibrator keinen Einfiuß, weil der
zwischen dem Impedanzwandler und den Multivibrator eingefügte Gleichrichter Gr4
Spannungsänderungen in negativer Richtung sperrt.
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Beispiele für Abwandlungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Schaltung
ergeben sich aus den Ansprüchen 4 und folgenden.