DE1289102B

DE1289102B - Pulse generator with changeable pulse repetition frequency

Info

Publication number: DE1289102B
Application number: DE1967S0108522
Authority: DE
Inventors: Rubruck Manfred
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-02-25
Filing date: 1967-02-25
Publication date: 1969-02-13
Also published as: CH468749A; NL6800983A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator aus einer Ringschaltung von je zwei abwechselnd hintereinandergeschalteten Norgattern und monostabilen Kippstufen mit durch Reihen-RC-Gliedern einstellbare Eigenzeit. Impulsgeneratoren solcher Art sind Gegenstand eines früheren, nicht vorveröffentlichten Vorschlags; sie erlauben es, mit einfachen Mitteln Taktgeber aufzubauen, wie sie in der kontaktlosen Steuertechnik benötigt werden. Die zum Aufbau eines solchen Impulsgenerators erforderlichen Norgatter und monostabilen Kippstufen (Zeitkipper) stehen als Grundbausteine der elektronischen. Steuertechnik bzw. Signalverarbeitungstechnik zur Verfügung, wie sich aus der Siemens-Zeitschrift, Oktober 1959, Heft 10, S. 601/602, Bild 7 und 9, ergibt.The invention relates to a pulse generator composed of a ring circuit of two Norgattern and monostable multivibrators connected alternately one behind the other with proper time adjustable by series RC elements. Pulse generators of this type are the subject of an earlier, unpublished proposal; they allow it is to build clocks with simple means, as they are in the contactless control technology are needed. The normal gates required to build such a pulse generator and monostable tipping stages (time tippers) are the basic building blocks of the electronic. Control technology or signal processing technology available, as can be seen from the Siemens magazine, October 1959, issue 10, p. 601/602, images 7 and 9, results.

Verbindet man, wie die F i g.1 veranschaulicht, den Ausgang eines Norgatters Ni (Umkehrstufe) mit dem Eingang einer monostabilen Kippstufe KI sowie deren Ausgang über eine weitere Umkehrstufe N2 mit dem Eingang einer weiteren monostabilen Kippstufe K2, so erhält man ein Schrittschaltwerk, das zu einem Impulsgenerator erweiterbar ist, wenn man den Ausgang der letzten Kippstufe K2 auf den Eingang der Kette rückkoppelt, d. h. mit einem Eingang der Umkehrstufe Ni verbindet. An den Ausgängen A1 bzw. A2 eines solchen Generators lassen sich dann Impulsfolgen abnehmen, die zueinander invers sind. Die Impulsfolgefrequenz eines solchen Impulsgenerators wird bestimmt durch die Größe der den Kippstufen K1 und K2 zugeordneten RC-Glieder, welche jeweils die Eigenzeit der Kippstufe K1 oder K2 bestimmen. Durch Verändern des R-Gliedes und/oder des C-Gliedes jeder Kippstufe K1 öder K2 läßt sich die Impulsfolge am Ausgang Al oder A2 variieren. Das Anfangsglied der veranschaulichten Kette braucht nicht ein Norgatter (Umkehrstufe) zu sein, sondern das erste Kettenglied kann auch eine Kippstufe sein, so wie dies die F i g. 2 veranschaulicht. Wesentlich ist nur, daß die Norgatter und die monostabilen Kippstufen in der Kette abwechselnd aneinandergereiht und zu einem Ring geschlossen sind, wobei der Ausgang des letzten Kettengliedes mit dem Eingang des ersten Kettengliedes verbunden ist.If one connects, as FIG. 1 illustrates, the output of a Norgatters Ni (reversing stage) with the input of a monostable multivibrator KI as well its output via a further inverter N2 with the input of a further monostable Flip-flop K2, you get a stepping mechanism that becomes a pulse generator Can be expanded if you connect the output of the last flip-flop K2 to the input of the Chain fed back, d. H. connects to an input of the inverter Ni. To the Pulse sequences can then be taken from outputs A1 or A2 of such a generator, which are inverse to each other. The pulse repetition rate of such a pulse generator is determined by the size of the RC elements assigned to the flip-flops K1 and K2, which each determine the proper time of the flip-flop stage K1 or K2. By changing of the R element and / or the C element of each trigger stage K1 or K2 can be the pulse train vary at output A1 or A2. The starting link of the illustrated chain needs not to be a normal gate (reverse stage), but the first link in the chain can too be a flip-flop, as shown in FIG. 2 illustrates. It is only essential that the Norgatter and the monostable flip-flops are alternately lined up in the chain and are closed to form a ring, the output of the last chain link is connected to the input of the first chain link.

In der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik besteht häufig das Bedürfnis, die Folgefrequenz der Ausgangsimpulsfolge eines Impulsgenerators durch eine von außen anlegbare variable. Steuerspannung veränderbar zu machen. Dadurch kann erreicht werden, daß die ausgangsseitig abgegebene Impulsfolgefrequenz ein Maß für die Größe der angelegten Steuerspannung ist. Ein solcher Impulsgenerator mit Steuerstrom- bzw. steuerspannungsabhängiger Impulsf_olgefrequenz wäre z. B. als Analog-Digital-Wandler vielfältigen Anwendungszwecken zuführbar.In contactless control and regulation technology there is often the need the repetition frequency of the output pulse train of a pulse generator by one of variable that can be applied outside. To make control voltage changeable. This can be achieved that the pulse repetition frequency emitted on the output side is a measure of the size the applied control voltage. Such a pulse generator with control current or control voltage-dependent pulse sequence frequency would be z. B. as an analog-to-digital converter can be used for a wide range of purposes.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1042 641 ist ein astabiler Röhrenmultivibrator bekanntgeworden, bei dem die oder ein Teil der Betriebsstromquelle nicht nur zur Speisestromversorgung der verwendeten Röhren dient, sondern überdies noch ein Potentiometer speist, über dessen Abgriff ein veränderbarer Teil der Betriebsspannung in den Gitterkreis der beiden Röhren einkoppelbar ist, um die ImpuIsfolgefrequenz des Generators in gewissen Grenzen ändern i zu können.From the German Auslegeschrift 1042 641 is an astable tube multivibrator became known, in which the or part of the operating power source not only for The supply current for the tubes used is used, but also a potentiometer feeds, via whose tap a variable part of the operating voltage in the grid circle of the two tubes can be coupled to the pulse repetition frequency of the generator in to be able to change certain limits.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung im Rahmen des Aufbaues eines astabilen Generators aus einer Kette von monostabilen Kippstufen und Norgattern mit der Aufgabe, die Impulsfolgefrequenz eines solchen Generators in Abhängigkeit von der Größe einer äußeren, veränderlichen, an den Baustein anlegbaren Steuerspannung in weiten Grenzen verändern zu können.In contrast, the invention is concerned with the construction of a astable generator from a chain of monostable multivibrators and Norgattern with the task of the pulse repetition frequency of such a generator as a function the size of an external, variable control voltage that can be applied to the module to be able to change within wide limits.

Demgemäß besteht die Erfindung bei einem Impulsgenerator zur Erzeugung einer in Abhängigkeit von der Größe einer Steuerspannung veränderbaren Impulsfolgefrequenz, aus einer Ringschaltung von je zwei abwechselnd hintereinandergeschalteten Norgattern und 'monostabilen Kippstufen mit durch Reihen-RC-Glieder einstellbarer Eigenzeit, darin, daß die veränderbare Steuerspannung mindestens in eines der beiden Kippstufen-RC-Glieder in der Weise eingespeist wird, daß die Steuerspannung an das freie (abgetrennte) kondensatorseitige Ende des Widerstandes des Reihen-RC-Gliedes angelegt ist oder über eine Diode den Spannungshub an dem Verbindungspunkt des Reihen-RC-Gliedes beeinflußt, dessen Widerstand mit seinem kondensatorabseitigen Ende an der Betriebsspannung liegt.Accordingly, the invention resides in a pulse generator for generation a pulse repetition frequency that can be changed depending on the size of a control voltage, from a ring circuit of two Norgattern alternately connected in series and '' monostable multivibrators with a proper time that can be set by means of series RC elements, in that the variable control voltage in at least one of the two flip-flops RC elements is fed in in such a way that the control voltage is fed to the free (separated) capacitor-side end of the resistor of the series RC element is applied or influences the voltage swing at the connection point of the series RC element via a diode, its resistance with its end remote from the capacitor to the operating voltage lies.

Die Erfindung gestattet es, unter Anwendung eines RC-Generators mit einfachen Mitteln einen Spannungsfrequenzumsetzer, z. B. einen Analog-Digital-Wandler, aufzubauen, bei dem das Auswechseln von R- bzw. C-Elementen der verwendeten RC-Glieder bzw. deren mechanische Verstellung weitgehend unterbleiben kann.The invention allows using an RC generator with simple means a voltage frequency converter, z. B. an analog-to-digital converter, to build up, in which the replacement of R or C elements of the used RC elements or their mechanical adjustment can largely be omitted.

Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nachstehend an Hand der F i g. 1 und 2 sowie der H i 1 f s -f i g. 3 und 4 näher erläutert.Embodiments of the invention are given below with reference to F. i g. 1 and 2 as well as the H i 1 f s -f i g. 3 and 4 explained in more detail.

Sowohl die in der F i g.1 veranschaulichten Norgatter Ni und N2 bzw. die veranschaulichten Kippstufen K1 und K2 als auch die Norgatter N, und N4 bzw. die Kippstufen K3 und K4 der F i g. 2 sind über Versorgungsanschlüsse P, M und N an eine Betriebsgleichstromquelle angeschlossen, die nicht näher veranschaulicht ist. Hierbei sei P der positive Pol, N der negative Pol und. M der Mittelpunkt der Gleichstromquelle. Der schaltungstechnische Aufbau einer Kippstufe ist in der F i g. 3, der Aufbau eines Norgatters in der F i g. 4 veranschaulicht. Jedes Norgatter N enthält gemäß F i g. 4 einen Transistor T3, der emitterseitig auf dem Bezugspotential M liegt, dessen Kollektor über den Kollektorwiderstand W mit dem Pol N der Gleichstromquelle verbunden ist und überdies zum Ausgang A führt. Der Basisanschluß des Transistors T3 ist über Entkopplungswiderstände mit den Eingängen 01 und 02 und überdies über einen Kompensationswiderstand mit der P-Klemme der Versorgungsbatterie verbunden.Both the NOR gates Ni and N2 illustrated in FIG. 1 or the illustrated flip-flops K1 and K2 as well as the NOR gates N and N4 or the flip-flops K3 and K4 in FIG. 2 are connected via supply connections P, M and N to an operating direct current source, which is not illustrated in more detail. Let P be the positive pole, N the negative pole and. M is the center point of the direct current source. The circuit structure of a trigger stage is shown in FIG. 3, the structure of a Norgatters in FIG. 4 illustrates. Each NOR gate N contains according to FIG. 4 a transistor T3, which is on the emitter side at the reference potential M, the collector of which is connected to the pole N of the direct current source via the collector resistor W and also leads to the output A. The base connection of the transistor T3 is connected to the inputs 01 and 02 via decoupling resistors and, moreover, via a compensation resistor to the P terminal of the supply battery.

Wird an einen der beiden Eingänge 01 bzw. 02 L-Signal (N-Potential) angelegt, so wird der Transistor T3 durchgesteuert, wobei der Ausgang A 0-Signal (M-Potential) führt. Verschwindet das L-Signal an beiden Eingängen 01, 02 oder liegt 0-Signal (M-Potential) an diesen Eingängen, so ist der Transistor T3 gesperrt, und der Ausgang A führt L-Signal (N-Potential).If an L signal (N potential) is applied to one of the two inputs 01 or 02 applied, the transistor T3 is turned on, the output A 0 signal (M potential) leads. If the L signal disappears at both inputs 01, 02 or is present 0 signal (M potential) at these inputs, the transistor T3 is blocked, and output A carries an L signal (N potential).

Jede monostabile Kippstufe K (Zeitkipper) enthält gemäß F i g. 3 zwei Transistoren T1 und T2, welche emitterseitig auf dem Bezugspotential M liegen. Der Kollektor des Transistors T1 liegt über eine Entkopplungsdiode D und den Kollektorwiderstand W1 an N-Potential, während der Kollektor des Transistors T2 über seinen Kollektorwiderstand W2 das Potential N erhält und überdies mit dem Ausgang A verbunden ist. An das Potential N ist weiterhin der Schutzwiderstand W3 angeschlossen, dessen anderes Ende mit der Klemme 1 verbunden ist. Die Basis des Transistors T, liegt an der Klemme 2. Der Kollektor des Transistors T1 ist zur Klemme 3 geführt, während seine Basis über Entkopplungswiderstände mit den Eingangsklemmen 11, 12 überdies über den Kompensationswiderstand mit der P-Klemme der Stromversorgung verbunden ist. Die Klemmen 1, 2, 3 dienen als Anschlußstellen für das die Eigenzeit der Kippstufe bestimmende (gestrichelt dargestellte) Reihen-RC-Glied RC. Hierbei ist das freie Ende des Widerstandes R mit der Klemme 1, das freie Ende des Kondensators C mit der Klemme 3 und der Verbindungspunkt des RC-Gliedes mit der Klemme 2 verbunden.Each monostable multivibrator K (time tipper) contains according to FIG. 3 two Transistors T1 and T2, which are on the reference potential M on the emitter side. Of the The collector of the transistor T1 is connected to a decoupling diode D and the collector resistor W1 at N potential, while the collector of transistor T2 via its collector resistance W2 receives the potential N and is also connected to output A. is. The protective resistor W3 is still connected to the potential N, and its other one End is connected to terminal 1. The base of the transistor T is connected to the terminal 2. The collector of transistor T1 is led to terminal 3, while its base Via decoupling resistors with the input terminals 11, 12, moreover via the compensation resistor is connected to the P-terminal of the power supply. Terminals 1, 2, 3 serve as Connection points for that which determines the proper time of the flip-flop stage (shown in dashed lines) Series RC element RC. Here is the free end of the resistor R with the terminal 1, the free end of the capacitor C to the terminal 3 and the connection point of the RC element connected to terminal 2.

Ist der Baustein K nicht angesteuert, liegt also an seinen Eingangsklemmen 11, 12 0-Signal (M-Potential), so ist der Transistor T1 gesperrt und der Transistor T2 über die Widerstände W3, R durchgesteuert, d. h. der Ausgang A führt 0-Signal (M-Potential). Wird dagegen einer der beiden Eingänge 11 oder 12 des Bausteins K durch L-Signal (N-Potential) angesteuert, so führt der Ausgang A ebenfalls L-Signal für die Dauer der am RC-Glied RC eingestellten Eigenzeit. Nach Ablauf dieser Eigenzeit wechselt das L-Signal am Ausgang A wieder in ein 0-Signal, selbst dann, wenn das L-Signal an einem der beiden Eingänge 11 oder 12 noch ansteht. Die Eigenzeit der Kippstufe K ist durch Verändern der Größe des Widerstandes R und/oder des Kondensators C einstellbar.If module K is not activated, i.e. if there is a 0 signal (M potential) at its input terminals 11, 12 , transistor T1 is blocked and transistor T2 is switched on via resistors W3, R, ie output A has a 0 signal (M potential). If, on the other hand, one of the two inputs 11 or 12 of module K is controlled by an L signal (N potential), output A also carries an L signal for the duration of the proper time set on the RC element RC. After this proper time has elapsed, the L signal at output A changes back to a 0 signal, even if the L signal is still present at one of the two inputs 11 or 12. The proper time of the flip-flop K can be adjusted by changing the size of the resistor R and / or the capacitor C.

Die Eigenzeit der in F i g. 1 bzw. 2 veranschaulichten Kippstufen K1, K2 bzw. K3 und K4 und damit die Impulsfolgefrequenz der veranschaulichten Impulsgeber läßt sich überdies erfindungsgemäß durch eine von außen anlegbare Steuerspannung verändern. Die Einspeisung der Steuerspannung in die RC-Glieder der Kippstufen K1, K2 bzw. K3 und K4 ist auf zweierlei Weise möglich. In der F i g. 1 ist das kondensatorabseitige Ende des Widerstandes R (vgl. F i g. 3) jeweils von der Klemme 1 abgetrennt und an die gemeinsame Klemme El angeschlossen, während die Klemme E, mit dem Bezugspotential M verbunden ist. Wird der positive Pol der Steuerspannung an die Klemme E2 und der negative Pol dieser Spannung an die Klemme El angelegt, dann zieht der Transistor T2 der zugehörigen Kippstufe, wenn ihr Eingang mit 0-Signal belegt ist, Basisstrom aus der an die Klemmen El, E, angelegte Steuerspannung über den Widerstand R. Der Transistor 72 der Kippstufe ist demzufolge durchgesteuert und am Ausgang A der Kippstufe liegt 0-Signal (M-Potential). Da der Transistor T1 gesperrt ist, liegt an seinem Kollektor N-Potential, so daß der Kondensator C über die durchgesteuerte Emitterbasisstrecke des Transistors T2 aufgeladen werden kann. Erhält der Eingang der Kippstufe nun Signalspannung (L-Signal) so wird der Transistor TI durchgesteuert, wobei sein Kollektor praktisch M-Potential annimmt. Die Basis des Transistors T2 wird damit zu positiven Werten hingesteuert, wobei der Transistor T2 so lange gesperrt wird, bis sich der Kondensator C über den Widerstand R entladen hat. Während der Sperrzeit des Transistors T2 liegt somit am Ausgang A L-Signal (N-Potential). Der Kondensator C ist nun bestrebt, sich über den Widerstand R auf das negative Potential an der Klemme Ei aufzuladen. Ist dies erreicht, dann erhält auch die Basis des Transistors T2 wieder negatives Potential, das den Transistor T2 in den durchlässigen Zustand bringt, bei dem der Ausgang 0-Signal führt. Der Ausgang A1 und damit der Kollektor des Transistors T2 führt also nur während einer genau definierten Zeit L-Signal, das in seiner Dauer abhängig ist von der Zeitkonstanten des RC-Gliedes und der Größe der angelegten Steuerspannung. Es ist ohne weiteres deutlich, daß die Impulsfolge an einem der Ausgänge Al bzw. A2 des Generators bei gegebener Größe der Zeitkonstantenglieder RC mit wachsender Steuerspannung an den Eingangsklemmen El und E2 größer wird.The proper time of the in F i g. 1 and 2 illustrated flip-flops K1, K2 or K3 and K4 and thus the pulse repetition frequency of the illustrated pulse generator can also be changed according to the invention by an externally applied control voltage. The control voltage can be fed into the RC elements of the flip-flops K1, K2 or K3 and K4 in two ways. In FIG. 1, the capacitor-remote end of the resistor R (see FIG. 3) is separated from the terminal 1 and connected to the common terminal El, while the terminal E is connected to the reference potential M. If the positive pole of the control voltage is applied to terminal E2 and the negative pole of this voltage to terminal El, then transistor T2 of the associated flip-flop, if its input is assigned a 0 signal, draws base current from the base current to terminals El, E. , applied control voltage across the resistor R. The transistor 7 2 of the flip-flop is consequently turned on and the output A of the flip-flop has a 0 signal (M potential). Since the transistor T1 is blocked, N potential is applied to its collector, so that the capacitor C can be charged via the activated emitter-base path of the transistor T2. If the input of the multivibrator receives a signal voltage (L signal), the transistor TI is turned on, with its collector practically assuming M potential. The base of the transistor T2 is thus driven towards positive values, the transistor T2 being blocked until the capacitor C has discharged via the resistor R. During the blocking time of the transistor T2, there is thus a L signal (N potential) at the output A. The capacitor C now tries to charge itself through the resistor R to the negative potential at the terminal Ei. Once this has been achieved, the base of the transistor T2 also receives a negative potential again, which brings the transistor T2 into the permeable state in which the output carries a 0 signal. The output A1 and thus the collector of the transistor T2 therefore only carries an L signal for a precisely defined time, the duration of which depends on the time constant of the RC element and the size of the applied control voltage. It is readily apparent that the pulse sequence at one of the outputs A1 or A2 of the generator, for a given size of the time constant elements RC, increases as the control voltage at the input terminals E1 and E2 increases.

Wird eine Verringerung der Impulsfrequenz mit wachsender Steuerspannung gefordert, so ist eine Ansteuerung nach F i g. 2 zu wählen. Hierbei wird das kondensatorabseitige Ende des Widerstandes R des Zeitkonstantengliedes RC der Kippstufe nicht von der Klemme 1 abgetrennt. Nach F i g. 2 ist und bleibt - wie in der F i g. 3 im einzelnen angegeben - der Widerstand R an die Klemmen 1 und 2, und der Kondensator C an die Klemmen 2 und 3 angeschlossen. Die Steuerspannung, welche die Impulsfolgefrequenz des Generators variieren soll, wird wieder an die Klemmen El und E2 angelegt. Die Klemme E2 ist mit dem negativen Pol der Steuerspannungsquelle verbunden und überdies auf Bezugspotential M gelegt. Die mit dem positiven Pol der Steuerspannungsquelle verbundene Klemme Ei ist über die Dioden D2 bzw. D3 jeweils an die Klemme 2 der Kippstufe K3 bzw. K4 und damit an den Verbindungspunkt der RC-Glieder angelegt. Diese Ansteuerart kann auch beim Generator nach F i g. 1 angewendet werden.If a reduction in the pulse frequency with increasing control voltage is required, control according to FIG. 2 to choose. In this case, the end of the resistor R of the time constant element RC of the flip-flop stage, remote from the capacitor, is not separated from terminal 1 . According to FIG. 2 is and remains - as in FIG. 3 indicated in detail - the resistor R connected to terminals 1 and 2, and the capacitor C connected to terminals 2 and 3. The control voltage, which is to vary the pulse repetition frequency of the generator, is again applied to the terminals E1 and E2. Terminal E2 is connected to the negative pole of the control voltage source and is also connected to reference potential M. The terminal Ei, which is connected to the positive pole of the control voltage source, is applied to terminal 2 of the flip-flop stage K3 or K4 and thus to the connection point of the RC elements via the diodes D2 and D3. This type of control can also be used with the generator according to FIG. 1 can be applied.

Die Impulsgabe am Ausgang A1 bzw. A2 des Generators nach F i g. 1 erfolgt nach Signalgabe auf den Eingang S des Norgatters L1, während die Impulserzeugung bei der Anordnung nach F i g. 2 durch Schließen des Steuerschalters St im Rückkopplungsweg in Gang gebracht wird.The impulses at output A1 or A2 of the generator according to FIG. 1 takes place after a signal has been sent to input S of Norgatters L1, while the pulse is being generated in the arrangement according to FIG. 2 by closing the control switch St in the feedback path is started.

Claims

Claim: Pulse generator for generating a dependent from the size of a control voltage changeable pulse repetition frequency, consisting from a ring circuit of two Norgattern alternately connected in series and monostable multivibrators with a proper time that can be set by means of series RC elements, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the variable control voltage is fed into at least one of the two flip-flop RC elements in such a way that that the control voltage to the free (separated) capacitor-remote end of the Resistance of the series RC element is applied or the voltage swing via a diode at the connection point of the series RC element, its resistance with its end remote from the capacitor is connected to the operating voltage.