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Monostabiler Impulsgenerator Die Erfindung bezieht sich auf eine monostabile
Schaltungsanordnung, die einen stabilen Zustand und einen quasistabilen Zustand
einnimmt, der über eine Eingangsklemme Triggerimpulse zugeführt werden und die über
eine Ausgangsklemme Impulse abgibt, die einerseits von den Triggerimpulsen und von
der Dauer des quasistabilen Zustandes abhängig sind.
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Bei bekannten monostabilen Impulsgeneratoren wird als Kippzeit jene
Zeit verstanden, die zur Auflitdung oder zur Entladung eines zeitbestimmenden Bauteiles
der monostabilen Schaltungsanordnung erforderlich ist. Der Beginn eines quasistabilen
Zustandes ist durch einen ersten der Triggerimpulse gegeben, und die Dauer des quasistabilen
Zustandes ist gleich der Dauer der Kippzeit. Falls die Periodendauer mehrerer Triggerimpulse
kleiner als die Kippzeit ist, dann haben - bei bekannten monostabilen Schaltungsanordnungen
- die dem ersten Triggerimpuls folgenden und innerhalb der Kippzeit liegenden Triggerimpulse
keinen Einfluß auf die Dauer des cLiasistabilen Zustandes. Falls mit derartigen
bekannten monostabilen Schaltungsanordnungen eine Ausgangsimpulsfolge relativ hoher
Impulsfrequenz erzeugt werden soll, dann treten Schwierigkeiten auf, weil sich das
Tastverhältnis der Ausgangsimpulsfolge ohne größeren Aufwand kaum unter einen Wert
von 5'' : 1 herabsetzen läßt. Dies ist durch die notwendige große Erholzeit der
bekannten monostabilen Schaltungsanordnungen bedingt. Dabei wird unter Tastverh;ältnis
das Verhältnis Periodendauer zu Impulsdauer verstanden.
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Die Erfindung bezweckt, eine spezielle monostabile Schaltungsanordnung
anzugeben, die im folgenden als »integrierende monostabile Schaltungsanordnung«
bezeichnet wird. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Dauer des quasistabilen
Zustandes ebenfalls gleich der Kippzeit, solange die Periodendauer größer als die
Kippzeit ist. Falls jedoch die Periodendauer kleiner als die Kippzeit ist, dann
ist die Dauer des qxasistabilen Zustandes - bei einer derartigen integnerenden monostabilen
Schaltungsanordnung -gleich der Summe der Periodendauer der einander folgenden Triggerimpulse
plus der Kippzeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierende monostabile
Schaltungsanordnung anzugeben, deren Kippzeit innerhalb eines Bereiches von 500
nsec bis 1 sec einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß sind zwei zeitbestimmende Bauteile zweier Zeitkonstantenglieder
- vorzugsweise zwei zeitbestimmende Kondensatoren zweier RC-Glieder - über steuerbare
Schaltstrecken mit dem Eingang einer Schwellwertschaltung verbunden, deren Ausgangssignal
einen von zwei Werten annimmt, je nachdem der Pegel des über den Eingang der Schwellwertschaltung
zugeführten Signals größer oder kleiner als ein vorgegebener Pegel ist. Dieses Ausgangssignal
wird über die Ausgangsklemme abgegeben. Die steuerbaren Schaltstrecken werden mittels
einer an sich bekannten bistabilen Schaltstufe (Flip-Flop) gesteuert, und die Triggerimpulse
werden dieser bistabilen Schaltstufe zugeführt und steuern deren bistabile Zustände.
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Die erfindungsgemäße integrierende monostabile Schaltungsanordnung
zeichnet sich dadurch aus, daß sie keine Erholzeit benötigt, weil immer nur einer
der beiden zeitbestimmenden Bauteile aufgeladen oder entladen wird und so aktiv
zur Erzeugung der Ausgangsimpulsfolge einwirkt, währenddessen der andere zeitbestimmende
Bauteil umgekehrt entladen oder aufgeladen wird und während dieser Erholzeit nicht
aktiv auf die Erzeugung der Ausgangsimpulsfolge einwirkt. Mit der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung lassen sich daher bei relativ geringem technischem Aufwand Folgen
von Ausgangsimpulsen erzeugen, deren Tastverhältnis größer als 5 . 1 ist.
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Es ist zweckmäßig, als Schwellwertschaltung eine Transistor-Emitter-Basis-Schaltung
zu verwenden, dessen Basis zeitlich nacheinander über die Schaltstrecken mit den
zeitbestimmenden Bauteilen verbunden wird und dessen Kollektor an die Ausgangsklemme
der Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
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Wenn man als steuerbare Schaltstrecken Richtleiter verwendet - vorzugsweise
Dioden -, dann lassen sich diese in einfacher Weise mittels der bistabilen Schaltstufe
steuern.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei
Ausgänge der bistabilen Schaltstufe über je eines der zeitbestimmenden Bauteile
an je zwei entgegengesetzt gepolte Richtleiter angeschlossen, von denen je einer
der beiden entgegengesetzt gepolten Richtleiter mit dem Eingang der
Schwellwertstufe
und der andere der beiden entgegengesetzt gepolten Richtleiter mit einem Schaltungspunkt
konstanten Potentials verbunden ist.
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Im folgenden werden die Erfindung und ein Ausführungsbeispiel derselben
an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche
Impulsfolgen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt F i g.1 eine Darstellung
von Impulsen zur Erläuterung des Begriffes der »integrierenden monostabilen Schaltungsanordnung«,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer integrierenden monostabilen Schaltungsanordnung
und F i g. 3 Darstellungen von Impulsen, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach
F i g. 2 auftreten. Wird eine bekannte monostabile Schaltungsanordnung mit Triggerimpulsen
A' (F i g. 1) angesteuert, deren Periodendauer P' kleiner als die Kippzeit K ist,
dann wird die monostabile Schaltungsanordnung (das Monoflop) nur durch jeden zweiten
Triggerimpuls (A' 1, A' 3 ... ) vom stabilen Zustand 0 in den quasistabilen
Zustand L -versetzt, wie die Impulse F' zeigen. Der während der Kippzeit K' auftretende
Triggerimpuls A'2 hat keinen Einfluß auf die Impulse F'.
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Ein integrierendes Monoflop verbleibt dagegen so lange im. quasistabilen
Zustand L (s. Impulse F'7, wie Triggerimpulse A' 1, A"2, A'3, A' 4
eintreffen, deren Periodendauer P' kleiner als die Kippzeit K ist. Nach dem Eintreffen
des letzten Triggerimpulses ; A'4 bleibt das Monoflop noch während der Dauer der
Kippzeit K im quasistabilen Zustand L und kippt erst dann in den stabilen Zustand
0 zurück.
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Falls die Periodendauer P" (s. Triggerimpulse A") größer als die Kippzeit
K" ist, dann arbeitet das integrierende Monoflop wie ein bekanntes Monoflop, wie
die Impulse F" zeigen.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß integrierenden Monoflops. Dieses Monoflop besteht im wesentlichen
aus -einer bistabilen Schaltungsanordnung 1, aus den zeitbestimmenden Bauteilen
2, 3, 4, aus den Dioden 6 bis 9 und aus der Schwellwertschaltung 11. An die Klemmen
12, 13, 14 sind Gleichspannungen von -I--12 Volt bzw. -6 Volt bzw. -12 Volt angelegt.
über die Klemme 15 werden Triggerimpulse A zugeführt. über die Klemmen 16 werden
die erzeugten Impulse F abgegeben.
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Die bistabile Schaltungsanordnung 1 besteht aus den Transistoren 17,
18 (der Type SM 2013), ferner aus den Dioden 19, 20 (der Type 1 N 4009) 22, 23,
24, 25 (der Type S 3236 G), ferner aus den Widerständen 26, 27 (je 470 n), 28, 29
(je 910 S2), 31, 32 (je 4,7 52) 33, 34 (je 47 Q) und aus den Kondensatoren 35, 35'
(je 22 pF), 37, 37' (je 10 pF).
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Die Dioden 6 bis 8 dienen als steuerbare Schaltstrecken und werden
mittels der bistabilen Schaltstufe 1 gesteuert, wie noch genauer beschrieben wird.
Die Schwellwertschaltung 11 besteht aus dem Transistor 36 (Type SM 2013) und aus
dem Widerstand 40(8209). Wir beschreiben nunmehr die Funktion der Schaltungsanordnung
nach F i g. 2 an Hand der in F i g. 3 dargestellten Impulse. In F i g. 3 sind in
Abszissenrichtung Zeitbeträge t in nsec und in Ordinatenrichtung Spannungsbeträge
in Volt dargestellt. Es wird vorausgesetzt, daß die monostabile Schaltungsanordnung
dann den bistabilen Zustand einnimmt, wenn der Transistor 36 und einer der Transistoren
17 oder 18 leiten und der andere Transistor (18 bzw. 17) sperrt. Wir nehmen an,
der Transistor 17 würde sperren. Der zeitbestimmende Kondensator 2 kann sich somit
während der Dauer des stabilen Zustandes über den Widerstand 26 negativ über 0 Volt
aufladen. Ein negativer Triggerimpuls A, insbesondere A 1, schaltet den vorher gesperrten
Transistor 17 und bewirkt, daß dessen Emitter-Kollektor-Strecke leitend wird. Durch
die im Kondensator 2 befindliche Ladung entsteht der positive Impuls D, der über
die Diode 8 den Transistor 36 sperrt. Zu diesem Zeitpunkt (etwa 30 nsec nach dem
Zeitpunkt t=0) beginnt der quasistabile Zustand. Der über die Ausgangsklemme 16
abgegebene Impuls F hat während der Dauer des quasistabilen Zustandes eine Spannung
von ungefähr -6 Volt, abhängig von der äußeren Belastung. Die Kippzeit K wird bestimmt
durch die Umladezeit des RC-Gliedes, bestehend aus dem Kondensator 2 und dem Widerstand
4. Dabei wird der Kondensator 2 über den Widerstand 4 von einer positiven Spannung
über 0 Volt in Richtung einer negativen Spannung umgeladen. Der Transistor 36 wird
leitend, sobald dessen Basis-Emitter-Spannung in negativer Richtung überschritten
wird (s. Impuls E, Punkte, F i g. 2). In diesem Zeitpunkt kippt die in F i g. 2
dargestellte Schaltungsanordnung in den stabilen Zustand zurück.
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Sobald der Transistor 17 leitend wird, sperrt der Transistor 18, wodurch
sich der Kondensator 3 über den Widerstand 27 negativ gegenüber 0 Volt aufladen
kann (s. Impuls C). Ein weiterer Triggerimpuls A 2 bewirkt, daß der oben beschriebene
Vorgang erneut abläuft, jetzt jedoch über den Ausgang 43 der Schaltungsanordnung
1 und über den Kondensator 3 und die Diode 9. Durch die Dioden 8, 9 werden die beiden
Ausgänge 42, 43 der Schaltungsanordnung 1 entkoppelt. Die Dioden 6 und 7 schalten
die Kondensatoren 2 bzw. 3 ab der Dauer der Sperrflanken c von C bzw.
b von B an eine Spannung von 0 Volt. Auf diese Weise werden die Kondensatoren
2 bzw. 3 über die Widerstände 26 bzw. 27 abwechselnd aufgeladen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung benötigt keine Erholzeit,
weil immer nur einer der beiden zeitbestimmenden Kondensatoren 2 bzw. 3 über die
Dioden 8 bzw. 9 und über den Widerstand 4 entladen wird und so aktiv zur Erzeugung
der Ausgangsimpulsfolge F einwirkt, währenddessen der andere zeitbestimmende Kondensator
3 bzw. 2 über die Dioden 7 bzw. 6 und über die Widerstände 27 bzw. 26 aufgeladen
wird und während dieser Erholzeit nicht aktiv auf die Erzeugung der Ausgangsimpulsfolge
F einwirkt.
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Bisher wurde der Fall behandelt, daß die Periodendauer P größer als
die Kippzeit K ist. Falls jedoch die Periodendauer P' kleiner als die Kippzeit K
ist (s. Impulsplan A""), dann wird der Transistor 36 zwischen den Triggerimpulsen
nicht mehr leitend, weil die zum Durchschalten des Transistors 36 erforderliche
negative Spannung im Punkt e (s. Impuls E) noch nicht erreicht ist, wenn der nächste
positive Impuls E übertragen wird. Es entsteht die Impulsfolge E'. Nach dem Eintreffen
des letzten TriggerimpulsesA' ... 2 läuft dann die eingestellte Kippzeit
K ab, der Impuls E' unterschreitet im Punkt e' die Basis-Emitter-Spannung des Transistors
36 und die Schaltungsanordnung kippt in ihren stabilen Zustand zurück,
wie
auch der nunmehr über die Ausgangsklemme 16 abgegebene Impuls F"" zeigt. Die Kippzeiten
des vorliegenden integrierenden Monoflops sollen sich zwischen 500 nsec und etwa
1 sec einstellen lassen. Die zeitbestimmenden Kondensatoren 2 und 3 können daher
Werte zwischen 200 pF und 200 g.F einnehmen. Um diese Einstellung zu ermöglichen,
sind bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an die Ausgänge 42 bzw. 43 der
Schaltungsanordnung 1 mehrere verschieden dimensionierte Kondensatoren angeschlossen,
deren andere Belegung an die Dioden 7, 9 bzw. 6, 8 angeschlossen werden können.
Die Dioden 19, 20 dienen zur Entkopplung. Diese Dioden 19, 20 bewirken ein von der
äußeren Belastung unabhängiges Schalten des Flip-Flops (der Schaltungsanordnung
1), weil sie sperren, sobald das Kollektorpotential schneller negativ wird als die
mit einer großen Kapazität belasteten Flip-Flop-Ausgänge 42 oder 43.