-
Rechteckgenerator mit veränderbarem Tastverhältnis Die Erfindung betrifft
einen Generator für Rechteckimpulse mit in weiten Grenzen veränderbarem Tastverhältnis.
-
Solche Generatoren werden in verschiedenen digital arbeitenden Anlagen,
unter anderem in Vermittlungsanlagen der Nachrichtentechnik, benötigt. Es sind dafür
eine Reihe sehr unterschiedlicher Lösungen bekanntgeworden, die jedoch nur einen
Teil der an solche Generatoren zu stellenden Forderungen erfüllen und deren Anwendungsbereich
daher eingeschränkt ist. Diese bekannten Schaltungen liefern vor allem Impulse mit
verhältnismäßig geringer Flankensteilheit. Eine durch die deutsche Auslegeschrift
1078 616 bekanntgewordene Schaltung enthält zwei zeitbestimmte Glieder, von
denen eines elektronisch regelbar ist. Sie vermag nur Impulse mit verhältnismäßig
kleinem Tastverhältnis zu liefern, und der Regelbereich des Tastverhältnisses ist
ebenfalls nur klein.
-
Die in der deutschen Auslegeschrift 1127 395 angegebene Schaltung
liefert zwar eine Impulsfolge mit großem Tastverhältnis, das in weiten Grenzen regelbar
ist, jedoch ist die erreichbare Impulsfolgefrequenz begrenzt. Sie bleibt, wie auch
in der deutschen Auslegeschrift genannt, im Niederfrequenzbereich.
-
Eine andere, in der deutschen Auslegeschrift 1206 016 beschriebene
Schaltung kann ebenfalls nur niedrige Impulsfolgefrequenzen, zudem noch mit verhältnismäßig
kleinen Tastverhältnissen liefern.
-
Die Schaltung nach der deutschen Auslegeschrift 1218 002 liefert zwar
Impulse mit größerem Tastverhältnis und, gegenüber anderen, besserer Flankensteilheit,
ist jedoch ausdrücklich für niedrige Impulsfolgefrequenzen bestimmt und nur dafür
geeignet.
-
Auch Schaltungen mit einem astabilen Multivibrator in Verbindung mit
einem Miller-Integrator (Phantastron), wie z. B. in Baranowski/Jank o w s k i ,
»Transistorschaltungen in der Impulstechnik«, Berlin, 1966, S.170, angegeben, ergeben
keine sehr großen Tastverhältnisse, und die Zeitdauer für einen Schaltzustand ist
nicht unabhängig von der Dauer des anderen Schaltzustandes regelbar. Eine hierauf
aufbauende Schaltung für unabhängig voneinander veränderbare Schaltzeiten ist durch
die deutsche Auslegeschrift 1214 725 bekanntgeworden. Auch bei dieser ist die Größe
und der Änderungsbereich des Tastverhältnisses begrenzt.
-
Eine bereits vorgeschlagene Schaltungsanordnung liefert sehr hohe
Impulsfolgefrequenzen mit steil-$ankigen Impulsen und erlaubt das Umschalten der
erzeugten Impulsfolgen von einem sehr kleinen Tastverhältnis von etwa 1:1 auf ein
extrem hohes Tastverhältnis bis etwa 1:105 ... 1:10g. Der dafür erforderliche
große Aufwand ist nur für diese extrem hohen Tastverhältnisse gerechtfertigt.
-
Aufgabe der nachstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Schaltung
ist es, ebenso wie die genannte, bereits vorgeschlagene Schaltung Impulse mit sehr
hoher Impulsfolgefrequenz und mit steilflankigen Impulsen zu liefern, wobei jedoch
bei kleinerem Aufwand das erreichbare Tastverhältnis etwa eine Größenordnung kleiner,
jedoch noch immer sehr groß ist.
-
Der erfindungsgemäße Generator für Rechteckimpulse mit veränderbarem
Tastverhältnis besteht aus einer an sich bekannten bistabilen Kippschaltung mit
Komplementärtransistoren, bei der beide Transistoren im einen Schaltzustand leitend
und im anderen Schaltzustand nichtleitend sind, in Verbindung mit den an sich ebenfalls
bekannten zeitbestimmenden Baugruppen Miller-Integrator und RC-Glied. Dabei bestimmt
der Miller-Integrator die kurzen und das RC-Glied die langen Schaltzeiten. Ein mit
dem Kondensator des RC-Gliedes verbundener Unijunction-Transistor begrenzt die Ladespannung
des Kondensators. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Schaltung ist, daß der
Kondensator und der Widerstand des Serien-RC-Gliedes in Reihe zu einem der Transistoren
der bistabilen Kippschaltung an der Speisespannung liegt und daher bei leitenden
Transistoren geladen wird. Solange die Transistoren der bistabilen Kippschaltung
nicht leiten, hat das RC-Glied keinen Einfluß auf die Schaltung. Wenn die Ladespannung
des Kondensators des RC-Gliedes einen bestimmten Wert erreicht. hat, entlädt sich
der Kondensator über die Emitter-Basis-1-Strecke des
Unijunction-Transistors
und über einen im Entladekreis liegenden Widerstand. Der dabei an diesem Widerstand
entstehende Spannungsabfall dient als Sperrsignal für einen der Transistoren der
bistabilen Kippschaltung.
-
Wie in der schon vorgeschlagenen Schaltungsanordnung vorgeschlagen,
ist in den Basisspannungsteiler des- Transistors des Miller-Integrators eine Diode
eingefügt und diese über eine weitere Diode mit der bistabilen Kippschaltung so
verbunden, daß bei leitenden Transistoren der bistabilen Kippschaltung die Diode
im Basisspannungsteiler des Transistors des Miller-Integrators hochohmig und dadurch
der Transistor des Miller-Integrators gesperrt ist. Sobald die Transistoren der
bistabilen Kippschaltung vom leitenden in den nichtleitenden Zustand umschalten,
wird der Transistor in zunehmendem Maße leitend und bewirkt nach einer gewissen
Zeit ein erneutes Umschalten der bistabilen Kippschaltung.
-
Eine astabile oder monostabile Kippschaltung, in der die Ladung des
die Dauer eines Schaltzustandes mitbestimmenden Kondensators durch einen Unijunction-Transistor
begrenzt wird, ist auch durch die deutsche Auslegeschrift 1231752 bekanntgeworden.
Dabei wird für das Bestimmen der Dauer der zwei Schaltzustände ein kombiniertes
RC-Glied mit einem für beide Schaltzustände gemeinsamen Kondensator und zwei Widerstandskombinationen,
je eine für jeden Schaltzustand, verwendet. Diese Widerstände können nicht sehr
unterschiedlich groß sein, und die Anordnung liefert daher nur Impulsfolgen mit
einem Tastverhältnis nahe bei 1:1.
-
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nachstehend an Hand
von Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigt F i g. 1 einen übersichtssehaltplan
und F i g. 2 den Stromlaufplan einer ausgeführten Schaltung.
-
Der übersichtsschaltplan nach F i g. 1 zeigt schematisch den Miller-Integrator
MI, die bistabile Kippschaltung KS mit dem Ausgang A, das RC-Glied Z mit dem Widerstand
Rz und dem Kondensator C, den Unijunction-Transistor UJT und einen Widerstand Re.
-
Solange die Transistoren der bistabilen Kippschaltung KS leitend sind,
ist der Miller-Integrator Ml gesperrt. über einen der leitenden Transistoren der
bistabilen Kippschaltung KS wird über den Widerstand Rz der Kondensator C aufgeladen.
Der Wert des Widerstandes Re ist sehr viel kleiner als der Wert des Widerstandes
Rz, und dieser Widerstand kann sowohl für die Lade- als auch für die Entladezeit
des Kondensators vernachlässigt werden. Sobald der Kondensator C eine bestimmte
Ladung erreicht hat, wird die Emiiter-Basis-l-Strecke des Unijunction-Transistors
UJT leitend, und der Kondensator C entlädt sich über den Widerstand Re. Die durch
den Entladestrom am Widerstand Re abfallende Spannung steuert die bistabile Kippschaltung
KS in den nichtleitenden Zustand. Dadurch wird Sperrung des Miller-Integrators MI
aufgehoben, und dieser gibt nach einer bestimmten Zeit ein Signal ab, das die bistabile
Kippschaltung wieder in den leitenden Zustand steuert.
-
Der ausführliche Stromlauf der F i g. 2 ist durch strichpunktierte
Linien in dieselben Baugruppen wie F i g. 1 unterteilt. Der Miller-Integrator MI
besteht aus dem Transistor T1, dem veränderbaren Kondensator C 1, den Widerständen
R 1, R 2, R 3 und der Diode Gr2. Die bistabile Kippschaltung KS besteht aus den
zueinander komplementären Transistoren T2 und T 3 mit den als Spannungsteiler ausgebildeten
Kollektorwiderständen R 5, R 6 bzw- R-7, R B. Der Abgriff dieser Spannungsteiler
ist jeweils mit der Basis des Transistors der anderen Kippstufe verbunden. Das Serien-RC-Glied,
bestehend aus dem Widerstand R 9 und dem veränderbaren Kondensator C 2, liegt mit
seinem Widerstand am Kollektor eines der Transistoren der bistabilen Kippschaltung.
Parallel zum Kondensator C 2 liegt die Emitter-B asis-l-Strecke des Unijunction-Transistors
T4 in Reihe mit dem Widerstand R 10, der gegenüber dem Widerstand R 9 einen sehr
kleinen Wert hat. Die Basis 2 des Unijunction-Transistors T4 ist über den Widerstand
R 11 mit der Speisespannung verbunden. Die einzelnen Baugruppen sind weiterhin in
folgender Weise miteinander verbunden: der Kollektor des Transistors T1 des Miller-Integrators
über die Zenerdiode Grl und den Widerstand R 4 mit der Basis eines Transistors T3
der bistabilen Kippschaltung, die Anode des Gleichrichters Gr2 im Basisspannungsteiler
des Miller-Intergrators über eine Diode Gr3, mit dem Kollektor des zweiten Transistors
T 2 der bistabilen Kippschaltung und die Basis dieses Transistors T2 über eine Diode
Gr4 mit dem Widerstand R10 im Entladekreis des Kondensators C2 im RC-Glied.
-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei als Beginn einer Periode der
Zeitpunkt angenommen, zu dem die Transistoren T 2 und T 3 der bistabilen
Kippstufe gerade leitend geworden sind. Der Kondensator C2 wird nun einerseits über
den Transistor T3 und den Widerstand R 9, andererseits über den Widerstand R 10
aufgeladen. Der über den Widerstand R 2, die Diode Gr 3 und den Transistor
T 2 fließende Strom bewirkt an der Anode der Diode Gr2 ein solches Potential,
daß diese Diode hochohmig ist und an der Basis des Transistors T1 ein Potential
liegt, das diesen Transistor sperrt.
-
Wenn die Spannung am Kondensator C2 einen bestimmten Wert erreicht
hat, wird der Unijunction-Transistor T4 leitend, und der Kondensator C2 entlädt
sich über den Unijunction-Transistor T4 und den Widerstand R 10. Die dabei kurzzeitig
am Widerstand R 10 abfallende Spannung gelangt als Impuls über die Diode Gr4 an
die Basis des Transistors T2
und sperrt diesen. Damit wird der bisher über
die Widerstände R 5 und R 6 fließende Strom unterbrochen und dadurch auch der Transistor
T3 gesperrt; die bistabile Kippschaltung hat in ihren zweiten Schaltzustand umgeschaltet.
Der gesperrte Transistor T3 verhindert eine erneute Ladung des Kondensators C2.
-
Durch das Sperren des Transistors T2 wird auch der Strom über den
Widerstand R 2 und die Diode Gr3 unterbrochen, und die Diode Gr2 wird leitend. Der
Kondensator Cl lag während des ersten Schaltzustandes der bistabilen Kippschaltung,
und solange die Diode Gr2 und der Transistor T 1 gesperrt waren, über die
Widerstände R 1 und R 3 an der Speisespannung und wurde aufgeladen. Mit dem Leitendwerden
der Diode Gr2 geht die Spannung an der Basis des Transistors T 1, verzögert mit
der durch den Kondensator C 1 und im wesentlichen durch den Widerstand R2 gegebenen
Zeitkonstante gegen positive Werte; der Transistor T1 wird zunehmend leitend, und
die Polarität der Ladung des Kondensators
C 1 wird gegenüber dem
ursprünglichen Zustand umgekehrt. Erreicht die Spannung am Kondensator einen gewissen
Wert und überschreitet damit die Schwellenspannung der Zenerdiode Gr 1, so
fließt ein Strom über die Widerstände R 4 und R 5 und über den Transistor T 1, und
der durch diesen hervorgerufene Spannungsabfall am Widerstand R 5 steuert den Transistor
T3 und dieser über die Widerstände R 7 und R 8 den Transistor T2 leitend. Damit
hat die bistabile Kippschaltung wieder ihren ersten Schaltzustand erreicht, und
es beginnt die nächste Periode.