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Temperaturkompensierte monostabile Kippschaltung Die Erfindung betrifft
eine monostabile Kippschaltung mit Transistoren, bei welcher der Kollektor des ersten
Transistors über einen Kondensator mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelt
ist.
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Die bekannten monostabilen Kippschaltungen dieser Art haben den Nachteil,
daß die Kippzeit, welche durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes bestimmt wird, temperaturabhängig
ist. Durch geeignete Wahl der Bauelemente läßt sich zwar der Temperaturfehler verringern.
Die Änderung der Basis-Emitter-Spannung durch den Temperatureinfluß wirkt sich jedoch
als verhältnismäßig starke Veränderung der Kippzeit aus, so daß die Anwendung von
monostabilen Kippschaltungen in den Fällen, in denen eine hohe Zeitkonstant gefordert
ist, bisher nicht möglich war.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monostabile Kippschaltung
zu schaffen, die eine hohe Konstanz der Kippzeit unabhängig von Schwankungen der
Umgebungstemperatur besitzt, so daß sie als Zeitbasisgeber bei integrierenden Analog-Digital-Umsetzern
verwendbar ist, bei denen eine zugeführte elektrische Größe - Strom oder Spannung
- in eine proportionale Impulsfrequenz umgesetzt wird und die Impulse innerhalb
eines durch die Zeit-Basis-Schaltung vorgegebenen Zeitintervalls abgezählt werden.
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Bisher wurde zur Gewinnung des Zeitintervalls bei hohen Anforderungen
an die Genauigkeit eine quarzstabilisierte Frequenz verwendet. Dieser hohe Aufwand
läßt sich durch die monostabile Kippschaltung gemäß der Erfindung vermeiden, da
diese eine um den Faktor 10 bessere Temperaturkonstanz und damit entsprechend verbesserte
Genauigkeit aufweist als die üblichen monostabilen Kippschaltungen mit zwei Transistoren,
die durch ein die Kippzeit bestimmendes RC-Glied gekoppelt sind.
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Die Erfindung geht aus von der bekannten monostabilen Kippschaltung
mit Transistoren, bei welcher der Kondensator eines ersten Transistors über einen
Kondensator mit der Basis eines zweiten Transistors gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung
nach der Erfindung zeichnet sich dem Bekannten gegenüber dadurch aus, daß dem zweiten
Transistor, dessen Kollektor in bekannter Weise mit der Basis des ersten Transistors
über einen Widerstand gekoppelt ist, die Emitter-Kollektor-Strecke sowie der zugehörige
Kollektorwiderstand eines dritten Transistors mit auf Nullpotential liegender Basiselektrode
parallel geschaltet ist und daß dabei über einen gemeinsamen Emittervorwiderstand
die beiden letztgenannten Transistoren gekoppelt sind. Eine Weiterbildung der monostabilen
Kippschaltung nach der Erfindung sieht vor, daß zur Synchronisierung der Ansteuerung
mit einem Impulssignal eine weitere monostabile Kippschaltung bekannter Art vorgeschaltet
ist, bei der im Emitterkreis desjenigen Transistors, an dessen Basis die RC-Kopplung
des zugehörigen zweiten Transistors geführt ist, eine Zenerdiode liegt, welche den
dort eingekoppelten Synchronisierungsimpuls begrenzt.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind nachstehend an Hand der
Zeichnungen beschrieben.
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In F i g. 1 ist eine monostabile Kippschaltung nach der Erfindung
beispielsweise dargestellt. Der Startimpuls wird an der Klemme St über den Kondensator
CD dem Transistor T1 zugeführt. Der Kollektor des Transistors T1 ist über
den Kondensator Co mit der Basiselektrode des Transistors T2 gekoppelt. Der
Kondensator Co bildet in Verbindung mit dem Widerstand Ro das die Kippzeit bestimmende
RC-Glied. Mit dem Transistor T2 ist ein weiterer Transistor T3 emitterseitig parallel
geschaltet, so daß beide Transistoren den Widerstand R3 als Emittervorwiderstand
haben. Jeder der beiden Transistoren T2 und T3 besitzt einen getrennten Kollektorwiderstand
R1 bzw. R.,. Die Basiselektrode des Transistors T3 liegt auf Nullpotential, an welches
auch die Emitterelektrode des Transistors T1 angeschlossen ist. Die Transistoren
T, und T3 bilden somit eine Art Differenzschaltung, da die Steuerspannung des Transistors
T3 der Steuerspannung des Transistors T2 entgegengerichtet ist. Der Ausgangsimpuls
wird an der Klemme A abgenommen.
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Unter der Wirkung eines an der Klemme St zugeführten Startimpulses
bewirkt der Transistor T1 über den Kondensator Co eine Sperrung des im Ruhezustand
leitenden Transistors T2. Durch die Rückkopplung über den Widerstand R4 wird auch
nach Abklingen des über den Kondensator CD differenzierten
Startimpulses
der Transistor T1 im Sättigungszustand gehalten. Der Kondensator Co entlädt sich
über den Widerstand Ro, bis die Basiselektrode des Transistors T2 wieder positiv
gegenüber der Emitterelektrode wird und die Schaltung in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.
Änderungen der Basis-Emitter-Spannung infolge von Temperaturänderungen konnten bei
der bisher üblichen Schaltung verhältnismäßig stark die Kippzeit beeinflussen. Die
entgegengesetzt (wie beim Transistor TZ)- gerichtete Steuerspannung des Transistors
T3, welche zweckmäßig vom gleichen Typ wie der Transistor T2 gewählt wird, bewirkt
jedoch eine Kompensation des Temperatureinflusses. Der Transistor T3 wird hierzu
im Verstärkungsbereich betrieben, so daß das Emitterpotential des Transistors T2
durch den Transistor Ts mitbestimmt wird.
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Mit der oben geschilderten monostabilen Kippschaltung läßt sich eine
Zeit-Basis-Schaltung mit synchronbarer Auslösung verwirklichen, die den Unsicherheitsbereich
von + 1 Impuls (Rastfehler) beim Zählen einer beliebigen Pulsfrequenz auf die Hälfte
verringert. Hierzu wird der Eingangsklemme St der Schaltungsanordnung nach
F i g. 1 eine monostabile Kippschaltung üblichen Aufbaus, wie in F i g. 2 dargestellt,
vorgeschaltet. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 erhält am Eingang E einen Startimpuls.
Nach Ablauf der durch das Zeitglied R1 und C1 festgelegten Kippzeit wird die an
die Klemme Ast angeschlossene Kippschaltung nach F i g. 1 zwangsweise gestartet,
falls an der Klemme S, die den Synchronisiereingang darstellt, keine Impulse anstehen.
Wird die zu messende Frequenz an die Klemme S derart angeschlossen, daß mit der
Rückflanke der betreffenden Zählimpulse die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 vor
Beendigung der durch das Zeitglied R1, C1 bestimmten Laufzeit zurückkippt, so ist
die gewünschte Synchronisierung erreicht. Die im Emitterkreis des Transistors T11
liegende Zenerdiode ZD, die bei leitendem Transistor TI, in Durchlaßrichtung geschaltet
ist, begrenzt die Synchronisierimpulse und verhindert ein sofortiges Rücksetzen
nach dem Start. Auf diese Weise steht ein Startimpuls definierter Länge für die
nachfolgende Zeit-Basis-Schaltung nach F i g. 1 zur Verfügung. Ein maximaler Quantisierungsfehler
von ±1/2 Impuls läßt sich dadurch erreichen, daß die Synchronisation in der Mitte
von zwei Zählimpulsen vorgenommen wird. Die zum Synchronisieren abgeleiteten Impulse
werden hierzu zweckmäßig in ihrer Frequenz untersetzt.