DE1277325B

DE1277325B - Monostable or astable multivibrator for generating pulses of long duration or low frequency

Info

Publication number: DE1277325B
Application number: DE1965SC038075
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Sterff
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 1965-11-25
Filing date: 1965-11-25
Publication date: 1968-09-12

Description

Mono- oder astabiler Multivibrator zur Erzeugung von Impulsen großer Dauer bzw. niedriger Frequenz Bei einem meno- oder astabilen Multivibrator ist die Laufzeit durch die Entladezeit eines RC-Gliedes bestimmt. Jedoch kann die Größe der Kapazität des RC-Gliedes bei gegebenen Raum nicht, beliebig hoch angesetzt werden, insbesondere wenn aus Genauigkeitsgründen und wegen der Beherrschung eines großen Temperaturbereiches keine Elektrolytkondensatoren verwendet werden können. Da normalerweise der Entladewiderstand des RC-Gliedes auch den durch den Basis-Emitter-Kreis des Ausgangstransistors fließenden Strom begrenzt, ist seine Größe nach oben beschränkt durch den Verstärkungsfaktor des Transistors. Die Größe des Entladewiderstandes wird um den Verstärkungsfaktor des Transistors höher gewählt als die Größe des Lastwiderstandes. Bei mehrstufigen Multivibratoren, z. B. bei Millerintegratoren, wird dabei der Verstärkungsfaktor der gesamten Schaltkombination in Rechnung gestellt. Soll voneinem Multivibrator beispielsweise ein Relais mit 1-kQ-Spulenwiderstand bei 12 V Betriebsspannung geschaltet werden, so ist mit einem Multivibrator, dessen Kapazität 10 j beträgt und der mit zwei Transistoren bestückt ist, unter der Annahme eines Verstärkungsfaktors B von maximal 100 der Entladewiderstand mit 100 kQ zu wählen, was etwa einer Laufzeit von 1 Sekunde entspräche. Mit einem Millerintegrator mit 3 Transistoren könnten bei 10 [X dabei etwa 100 Sekunden erreicht werden. Es ist somit ersichtlich, daß die darstellbare Laufzeit von mono- oder astabilen Multivibratoren sehr schnell nach oben hin durch die Größe der Bauelemente oder aber durch den erforderlichen Aufwand an Bauelementen beschränkt ist.Monostable or astable multivibrator for generating pulses of long duration or low frequency With a menostable or astable multivibrator, the running time is determined by the discharge time of an RC element. However, the size of the capacitance of the RC element cannot be set arbitrarily high for a given space, especially if electrolytic capacitors cannot be used for reasons of accuracy and because of the control of a large temperature range. Since the discharge resistance of the RC element normally also limits the current flowing through the base-emitter circuit of the output transistor, its size is limited by the gain factor of the transistor. The size of the discharge resistor is selected to be higher than the size of the load resistor by the gain factor of the transistor. In the case of multi-stage multivibrators, e.g. B. Miller integrators, the gain factor of the entire switching combination is taken into account. If, for example, a relay with a 1 kQ coil resistance is to be switched from a multivibrator at 12 V operating voltage, then with a multivibrator with a capacity of 10 j and which is equipped with two transistors, assuming an amplification factor B of a maximum of 100, the discharge resistance is also 100 kQ should be selected, which would correspond to a running time of 1 second. With a Miller integrator with 3 transistors, about 100 seconds could be achieved at 10 [X]. It can thus be seen that the runtime that can be represented by monostable or astable multivibrators is very quickly limited upwards by the size of the components or by the required complexity of components.

Es ist bereits ein Multivibrator vorgeschlagen worden, dessen Laufzeit einen Maximalwert nicht überschreiten, also möglichst kurz bemessen sein soll. Zu diesem Zweck wird nach dem älteren Vorschlag zwischen dem Kondensator des die Laufzeit bestimmenden RC-Gliedes und der Basis des zweiten Transistors eine Zenerdiode geschaltet, die dazu bestimmt ist, die Laufzeit zu verkürzen.A multivibrator has already been proposed whose running time should not exceed a maximum value, i.e. should be as short as possible. to for this purpose, according to the older proposal, between the capacitor of the running time determining RC element and the base of the second transistor connected to a Zener diode, which is intended to shorten the running time.

Es ist weiterhin bekannt, im Impulsbetrieb beispielsweise mit Unijunction-Transistoren mit Impulsentladungen oder -aufladungen zu arbeiten und dabei lange Verzögerungszeiten zu erreichen. Jedoch ist dieses auf den Impulsbetrieb beschränkt.It is also known, for example, with unijunction transistors in pulse mode to work with impulse discharges or charges with long delay times to reach. However, this is limited to pulse operation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-,grunde, einen monostabilen oder astabilen Multivibrator mit langer Laufzeit und einem bescheidenen Aufwand an zusätzlichen Bauelementen anzugeben.The present invention is based on the object of a monostable or astable multivibrator with a long running time and a modest effort to be specified on additional components.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein monostabiler oder astabiler Multivibrator mit elektronischen Schaltelementen nach Art von Röhren, Transistoren oder steuerbaren Gleichrichtern am Eingang und Ausgang und mit einem RC-Glied, das die Laufzeit des MÜltivibrators bestimmt. Erfindungsgemäß unterscheidet sich der Multivibrator von den bisher bekannten dadurch, daß. parallel zu dem Widerstand des RC-Gliedes ein weiterer Widerstand und in Reihe mit dem weiteren Widerstand ein weiteres elektronisches Schaltelement nach Art von Röhren, Transistoren oder steuerbaren Gleichrichtern geschaltet ist und daß dieses elektronische Schaltelement gleichzeitig mit dem elektronischen Ausgangsschaltelement aus- und einschaltet.The present invention is a monostable or astable Multivibrator with electronic switching elements like tubes, transistors or controllable rectifiers at the input and output and with an RC element that determines the running time of the MÜltivibrator. According to the invention, the differs Multivibrator from the previously known in that. parallel to the resistor of the RC element another resistor and in series with the other resistor another electronic switching element like tubes, transistors or controllable rectifier is connected and that this electronic switching element switches off and on at the same time as the electronic output switching element.

Der besondere Vorteil des Multivibrators nach der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß der Entladewiderstand des RC-Gliedes sehr hoch bemessen werden kann, ohne auf den Verstärkungsfaktor des Ausgangsschaltelementes oder den inneren Widerstand der Last Rücksicht nehmen zu müssen.The particular advantage of the multivibrator according to the present invention can be seen in the fact that the discharge resistance of the RC element is very high without affecting the gain of the output switching element or the having to take the internal resistance of the load into account.

Verwendet man als Schaltelement Transistoren, so wird erfindungsgemäß als weiteres Schaltelement ein zum Ausgangstransistor komplementärer Transistor gewählt, dessen Basis an dem Kollektor des Ausgangstransistors liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der weitere Widerstand, der zu dem Widerstand des RC-Gliedes parallelliegt, als Lastwiderstand verwendet werden. Weiterhin ist zum Erreichen einer besseren Stromverteilung möglich, daß der weitere Widerstand unmittelbar an der Speisespannung liegt.If transistors are used as the switching element, according to the invention as a further switching element, a transistor complementary to the output transistor selected, the base of which is connected to the collector of the output transistor. In a preferred Embodiment can be the further resistance, which is to the resistance of the RC element parallel, can be used as a load resistor. Furthermore is to achieve a better current distribution possible that the further resistance directly the supply voltage.

In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für einen Multivibrator dargestellt. T, und T, bezeichnen die beiden Schaltelemente am Eingang und am Ausgang des Multivibrators. Ci und R2 bilden das die Laufzeit des Multivibrators bestimmende RC-Glied.In Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a circuit for a multivibrator. T, and T, designate the two switching elements at the input and output of the multivibrator. Ci and R2 form the RC element that determines the running time of the multivibrator.

In der stabilen Stellung ist T,. gesperrt und T2 über den Emitter-Kollektor-Kreis von T3 und den Lastwiderstand RL geöffnet. T, wird über R4 und den Kollektor-Emitter-Kreis von T, geöffnet. In diesem Schaltzustand wird die linke Seite des Kondensators C,. an Plus der Betriebsspannung gelegt, die rechte Seite über den Basis-Emitter-Kreis von 4 an Minus. Wird nun Ti durch die positive Spannung auf die Basis geöffnet, so wird die linke Seite des Kondensators, die von der Speisespannung auf plus aufgeladen worden ist, auf minus gelegt, und da die Ladedifferenz erhaltenbleibt, ist die rechte Seite dadurch gegenüber minus, d. h. gegenüber dem Emitter-Potential von T, um die ganze Größe der Ladespannung negativer, d. h. T, wird gesperrt. Mit der Sperrung von T, wird aber auch gleichzeitig T, gesperrt und RL wird stromlos. Der Kondensator Ci kann sich nun lediglich über R2 entladen. Da R2 ohne weiteres mit etwa 100 MO gewählt werden kann, beträgtbei 10"liF die Laufzeit dabei etwa 100 Sekunden. Nach vollständiger Entladung beginnt über Widerstand R, und den Basis-Emitter-Kreis T, ein Strom zu fließen, der um den Stromverstärkungsfaktor B des Transistors T2 verstärkt wird. Zugleich fließt über den Kollektor-Emitter-Kreis von T., den Widerstand R4 und über den Emitter-Basis-Kreis von T, ein Strom, der den Transistor _T" öffnet, was zur Folge hat, daß andererseits,7.. -voll geöffnet wird. Falls am Eingang von T, nur ein Impuls zur Verfügung steht, der auf die Basis von T,' gegeben wird, muß eine Rückkopplung zwischen T, und dem Ausgang vorgesehen werden. Dieses erfolgt, wie in F i g. 2 dargestellt, an erfmdungggemäßen Multivibratoren über die Widerstände R, -und R.. Sie bewirkt, daß T, über die Sperrzeit von T2 leitend gehalten wird. Die Rückkopplung erfolgt von dem TransistorT, über die Diode D, die verhindert, daß im Transistor T" ein Basisstrom fließt, solange T2 gesperrt ist.In the stable position, T,. locked and T2 opened via the emitter-collector circuit of T3 and the load resistor RL. T, is opened via R4 and the collector-emitter circuit of T. In this switching state, the left side of the capacitor C,. connected to the plus of the operating voltage, the right side via the base-emitter circle of 4 to minus. If Ti is now opened to the base by the positive voltage, the left side of the capacitor, which has been charged to plus by the supply voltage, is put to minus, and since the charging difference is retained, the right side is opposite to minus, i.e. H. with respect to the emitter potential of T, the entire magnitude of the charging voltage is more negative, i.e. H. T, is blocked. When T, is blocked, T, is blocked and RL is de-energized. The capacitor Ci can now only discharge via R2. Since R2 can easily be selected with about 100 MO, the running time at 10 "liF is about 100 seconds. After complete discharge, a current begins to flow through resistor R and the base-emitter circuit T by the current amplification factor B. of the transistor T2 is amplified. At the same time flows through the collector-emitter circuit of T., the resistor R4 and through the emitter-base circuit of T, a current that opens the transistor _T ", which has the consequence that on the other hand , 7 .. -is fully opened. If only one pulse is available at the input of T i, which is given on the basis of T i, a feedback between T i and the output must be provided. This takes place as in FIG. 2, on multivibrators according to the invention via the resistors R, -and R .. It has the effect that T, is kept conductive for the blocking time of T2. The feedback takes place from the transistor T, via the diode D, which prevents a base current from flowing in the transistor T " as long as T2 is blocked.

F i g. 2 zeigt die gleiche Schaltung wie F i g. 1 mit dem Unterschied, daß der Transistor T" in Emitterfolgeschaltung geschaltet ist. Der Lastwiderstand RL dient dabei als Widerstand, der dem Widerstand R2 des RC-Gliedes parallelliegt, ebenso wie in F ig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß der Lastwiderstand unmittelbar an der Speisespannung liegt und den Emitter-Basis-Strom des Transistors T" beschränkt. Der dazu in F i g. 1 dargestellte Widerstand R4 kann also entfallen.F i g. 2 shows the same circuit as FIG. 1 with the difference that the transistor T "is connected in emitter follower circuit. The load resistor RL serves as a resistor which is parallel to the resistor R2 of the RC element, as in FIG. 1, but with the difference that the load resistor is directly is connected to the supply voltage and limits the emitter-base current of the transistor T ". The for this in F i g. 1 shown resistor R4 can therefore be omitted.

In F i g. 3 ist ein Multivibrator nach der Erfindung dargestellt, bei dem erfindungsgemäß ein Schalter vorgesehen ist, bei dessen Betätigung ein Pol der Speisespannung nicht nur an die zum Widerstand des RC-Gliedes parallelen Bauteile, sondern auch über einen Vorwiderstand an die Steuerelektrode des Eingangssehaltelementes gelegt ist. Es handelt sich bei der dargestellten Schaltung um ein Beispiel für eine Relaisansprechverzögerung. Bei geöffnetem Schalter ist der Lastwiderstand RL, hier die Relaisspule, abgefallen, weil die po ' sitive Einspeisung am Emitter von T, fehlt. Auch der Transistor T, ist gesperrt. Der Kondensator C, ist über Ri und den Basis-Emitter-Kreis von T2 aufgeladen. Durch das Schließen des Schalters wird der Transistor T, geöffnet. Dadurch wird die Laufzeit des Multivibrators, bestimmt durch den Kondensator Ci und den Widerstand R., ausgelöst. Nach vollständiger Entladung setzt über R, der Basis-Emitter-Strom von T, ein, und der Schaltvorgang für das Relais RL verläuft wie zu F i g. 1 beschrieben. Zu einer Ansprechverzögerung führt auch die Schaltung eines Multivibrators, bei der erfindungsgemäß zwischen der Steuerelektrode des weiteren Schaltelementes einerseits und der Ausgangselektrode des Eingangsschaltelementes sowie dem Kondensator des RC-Gliedes andererseits eine differenzierende Gegenkopplung vorgesehen ist und bei der im Ausgangskreis des Ausgangsschaltelementes eine Diode liegt, über die eine Rückkopplung zwischen der Ausgangselektrode des Ausgangsschaltelementes und der Eingangselektrode des Eingangsschaltelementes besteht. Die differenzierende Gegenkopplung wird dabei bevorzugt aus einem RC-Glied bestehen, jedoch kann sie genauso mit einem Impulstransformator bewirkt werden.In Fig. 3 shows a multivibrator according to the invention, in which a switch is provided according to the invention, when actuated a pole of the supply voltage is not only applied to the components parallel to the resistance of the RC element, but also to the control electrode of the input support element via a series resistor. The circuit shown is an example of a relay response delay. When the switch is the load resistance RL, here the relay coil dropped because the po 'sitive injection at the emitter of T, is missing. The transistor T 1 is also blocked. The capacitor C i is charged via Ri and the base-emitter circuit of T2. Closing the switch opens the transistor T i. This triggers the running time of the multivibrator, determined by the capacitor Ci and the resistor R. After complete discharge, the base-emitter current of T begins via R, and the switching process for the relay RL proceeds as in FIG. 1 described. The switching of a multivibrator also leads to a response delay, in which, according to the invention, between the control electrode of the further switching element on the one hand and the output electrode of the input switching element and the capacitor of the RC element on the other hand, a differentiating negative feedback is provided and in which there is a diode in the output circuit of the output switching element which is a feedback between the output electrode of the output switching element and the input electrode of the input switching element. The differentiating negative feedback will preferably consist of an RC element, but it can also be effected with a pulse transformer.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der vorstehend beschriebenen Schaltung. Ein besonderer Schalter ist im Gegensatz zu F i g. 4 hier nicht vorgesehen, deshalb zieht das als Last dienende Relais nach Anlegen der Betriebsspannung und nach Ab- lauf der Verzögerungszeiten. Durch das aus dem Widerstand R, und dem Kondensator C, bestehende RC-Glied wird erreicht, daß während der Aufladung des Kondensators Ci über den Widerstand R, der Transistor T, durch differenzierende Gegenkopplung gesperrt gehalten wird. Während der Aufladung des Kondensators C, hält der Ladestrom den Transistor T, geöffnet. Ist die Aufladung beendet, dann sperrt der Transistor T., der Transistor T, öffnet und damit beginnt der Zeitablauf. Nach der dabei ablaufenden Entladung des Kondensators Ci zieht das Relais RL wie vorstehend beschrieben -an.F i g. 4 shows an embodiment with the circuit described above. A special switch is in contrast to FIG. 4 is not provided here, so the relay serving as a load pulls after the operating voltage is applied and the delay times have elapsed. The RC element consisting of the resistor R and the capacitor C ensures that the transistor T is kept blocked by differential negative feedback while the capacitor Ci is being charged via the resistor R. While the capacitor C is charging, the charging current keeps the transistor T open. When the charging is finished, the transistor T. blocks, the transistor T opens, and the timing begins. After the discharging of the capacitor Ci takes place, the relay RL pulls on as described above.

Der erfindungsgemäße Multivibrator kann auch zur Abschaltverzögerung verwendet werden, wenn erfindungsgemäß die Last einerseits an einen Pol der Speisespannung und andererseits nicht nur über einen Kondensator an der Steuerelektrode, sondern auch über eine Diode an der Ausgangselektrode des Eingangsschaltelementes liegt und weiterhin im Ausgangskreis des Ausgangsschaltelementes eine Diode liegt, über die eine Rückkopplung zwischen der Ausgangselektrode des Ausgangsschaltelementes und der Eingangselektrode besteht.The multivibrator according to the invention can also be used to delay the switch-off be used when according to the invention the load on the one hand to a pole of the supply voltage and on the other hand not only via a capacitor on the control electrode, but is also connected to the output electrode of the input switching element via a diode and a diode is also present in the output circuit of the output switching element a feedback between the output electrode of the output switching element and the input electrode.

In F i g. 5 ist die Schaltung eines Ausführungsbeispieles mit der Abschaltverzögerung angegeben. Nach Anlegen der Speisespannung schalten die Transistoren T, und T, durch, der Transistor T, bleibt gesperrt. Wird nun an dem Eingang E ein Minuspotential gegeben, so zieht das als Last dienende Relais RL unter dem Einfluß des zwischen Plus-Speisespannung und Minus-Eingangssignal fließenden Stromes an. Wird das Minus-Potential vom Eingang getrennt, so öffnet der Transistor T, als Folge des Ladestromes für den Kondensator C3, der von Plus über RL, C,3 und den Basis-Emitter-Kreis des Transistors Ti fließt. Dadurch werden zudem die Transistoren T, und T" während der Laufzeit gesperrt. Der Transistor T, wird durch die Rückkopplung über die Widerstände R" und R5 geöffnet gehalten. Das Relais RL bleibt angezogen, weil es über die Diode Di und den Kollektor-Emitter-Kreis von T, an der Speisespannung liegt. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis der Kondensator C, über den Widerstand R2 entladen ist und die Schaltung in den stabilen Zustand zurückfällt, in dem der Transistor T, gesperrt ist und die Transistoren T, und T, geöffnet sind.In Fig. 5 shows the circuit of an exemplary embodiment with the switch-off delay. After applying the supply voltage, the transistors T, and T, turn through, the transistor T, remains blocked. If a negative potential is now given at the input E , the relay RL serving as a load picks up under the influence of the current flowing between the positive supply voltage and the negative input signal. If the minus potential is separated from the input, the transistor T opens as a result of the charging current for the capacitor C3, which flows from the plus via RL, C, 3 and the base-emitter circuit of the transistor Ti. As a result, the transistors T 1 and T ″ are also blocked during the running time. The transistor T ″ is kept open by the feedback via the resistors R ″ and R5. The relay RL remains attracted because it is connected to the supply voltage via the diode Di and the collector-emitter circuit of T. This state remains until the capacitor C i is discharged through the resistor R2 and the circuit falls back into the stable state in which the transistor T i is blocked and the transistors T i and T i are open.

Claims

Claims: 1. Monostable or astable multivibrator for generating pulses of long duration or low frequency with electronic switching elements like tubes, transistors or controllable rectifiers at the input and output and with an RC element that determines the running time of the multivibrator, and its Capacitance lies directly between the output electrode of the input holding element and the control electrode of the output switching element, characterized in that a further resistor (R2) is parallel to the resistor (R.) of the RC element and a further electronic switching element (T "in series with the further resistor) ) is connected in the manner of tubes, transistors or controllable rectifiers and that this electronic switching element switches off and on at the same time as the electronic output switching element.

2. Multivibrator according to claim 1 with transistors as switching elements, characterized in that the further switching element consists of a transistor (T "which is complementary to the output transistor), the base of which is connected to the collector of the output transistor. 3. Multivibrator according to claim 1 or 2, characterized in that that the further resistor (R.) is the load resistance of the output. 4. Multivibrator according to claim 1 or one of the following, characterized in that the further resistor is directly connected to the supply voltage. 5. Multivibrator according to claim 3 or 4, characterized in that that a switch is provided, upon actuation of which a pole of the supply voltage is applied not only to the components parallel to the resistance of the RC element, but also to the control electrode of the input switching element via a series resistor. 6. Multivibrator according to claim 3 or 4, characterized that between the control electrode of the further switching element on the one hand u nd the output electrode of the input switching element and the capacitor of the RC element, on the other hand, a differentiating negative feedback is provided and that in the output circuit of the output switching element there is a diode via which there is feedback between the output electrode of the output switching element and the input electrode of the input switching element. 7. Multivibrator according to claim 6, characterized in that the differentiating negative feedback consists of an RC element. 8. Multivibrator according to claim 1 or 2, characterized in that the load is on the one hand on one pole of the supply voltage and on the other hand not only via a capacitor on the control electrode, but also via a diode on the output electrode of the input switching element and that in the output circuit of the output switching element a diode is located, via which there is a feedback between the output electrode of the output switching element and the input electrode of the input holding element. Older patents considered: German Patent No. 1 240 922.