DE1289103B

DE1289103B - Multivibratorschaltung

Info

Publication number: DE1289103B
Application number: DES111547A
Authority: DE
Inventors: Cottatellucci Ezio
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1966-08-26
Filing date: 1967-08-25
Publication date: 1969-02-13
Also published as: NL6711369A; US3518575A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Multivibratorschaltung, von der Steuerspannung V_s gemäß den folgenden

deren Schwingungsfrequenz durch eine Steuerspan- Gleichungen abhängen: nung veränderbar ist, mit einem ersten Transistor,

dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transi- h — Gm₁ ■ (F_s+ F₀), stors verbunden und dessen Emitter über einen Kon- 5 I₂ = G_m2 · (F₅+ F₀), densator mit dem Emitter des zweiten Transistors gekoppelt ist. wobei G_mi, G_m2 und F₀ konstant sind, und daß eine Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Anordnung (z. B. eine Klemmdiode) vorgesehen ist, Erzeugung frequenzmodulierter Schwingungen für die die Kollektorspannung des ersten Transistors auf Mikrowellen-Richtfunkverbindungen zur Übertragung io einem bestimmten, konstanten Wert hält, wenn dieser von Fernseh- und Fernsprechsignalen und für Nach- Transistor leitet.

richtenverbindungen über Satelliten, die Troposphäre . Die Stromgeneratoren enthalten vorzugsweise je-

usw. weils einen von zwei in Basisschaltung arbeitenden

Die bekannten, mit Elektronenröhren, z. B. Reflex- Transistoren, deren Kollektorelektroden mit jeweils

klystrone, bestückten Oszillatorschaltungen veränder- 15 einer Klemme des Kopplungskondensators verbunden

licher Frequenz sind zwar sehr leistungsfähig, sie er- sind und deren Emitterelektroden eine konstante

fordern jedoch einen hohen Anlagenaufwand, hohe Gleichspannung als Basisvorspannung und die modu-

Betriebskosten und einen großen Platzbedarf. lierende Steuerspannung V_s zugeführt ist.

Ein Teil dieser Nachteile läßt sich bei Verwendung Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher

von Schaltungsanordnungen, die mit Halbleiterbau- 20 erläutert; es zeigt

elementen bestückt sind, vermeiden. Wegen des ge- F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer Multivibratorringen schaltungstechnischen Aufwandes und der schaltung gemäß der Erfindung, hohen Stabilität sind frequenzmodulierte Kipposzilla- F i g. 2 ein Schaltbild eines praktischen Ausfühtoren (Multivibratorschaltungen) besonders vorteil- rungsbeispiels der Erfindung entsprechend dem Prinziphaft. 25 Schaltbild in F i g. 1 und

Die Schwingungsfrequenz transistorbestückter Multi- Fig. 3 den zeitlichen Verlauf einiger Spannungen,

vibratorschaltungen läßt sich entweder durch Ände- die in der Schaltung gemäß F i g. 1 auftreten,

rung der Speisespannung der beiden Transistoren der Die in F i g. 1 dargestellte Multivibratorschaltung

Schaltung oder des Stromes einer dieser Transistoren enthält zwei Transistoren T₁, T₂, deren Kollektoren

ändern. Bei einer bekannten Multivibratorschaltung 30 über Arbeitswiderstände R₁ bzw. R₂ an Spannungs-

des ersterwähnten Typs wird eine Induktionsspule als quellen F₁ bzw. F₂ angeschlossen sind. Der Kollektor

Ladungsspeicher verwendet. Diese Schaltung hat den des ersten Transistors T₁ ist außerdem mit der Basis

Vorteil, daß sie eine amplitudenmodulationsfreie des Transistors T₂ verbunden. Zwischen die Emitter-

frequenzmodulierte Schwingung liefert, sie hat jedoch elektroden der beiden Transistoren ist ein Kopplungs-

den Nachteil, daß die Schwingungsfrequenz nicht 35 kondensator C geschaltet.

linear vom modulierenden Steuersignal abhängt und Der Kollektor des Transistors T₁ ist außerdem über daß eine festgelegte Linearitätsgrenze innerhalb eines eine Klemmdiode D an eine konstante Spannung Vo bestimmten Frequenzbereiches nur mittels zusätzlicher angeschlossen. An der Basis des Transistors T₁ liegt Ausgangsgleichstromkreise erreicht werden kann. eine Basisvorspannung Vb, und am Kollektor des Eine bekannte Multivibratorschaltung des zweiten 40 Transistors T₂ ist eine frequenzmodulierte Ausgangs-Typs enthält einen Kondensator als Ladungsspeicher. spannung V_n abnehmbar.

Diese Schaltungsanordnung weist außer den Nach- Die Klemmdiode D verhält sich wie ein offener

teilen des ersterwähnten Typs noch die Nachteile auf, Schalter, wenn die Spannung am Kollektor des Tran-

daß das Frequenzband, in dem die Abweichungen der sistors T₁ größer als Vd ist, und wie ein Kurzschluß,

Linearität unterhalb einer bestimmten Grenze gehalten 45 wenn die Spannung am Kollektor dieses Transistors

werden können, sehr beschränkt ist und daß die den Wert Vd zu unterschreiten sucht. In diesem Fall

Frequenzmodulation von einer unerwünschten Ampli- wird die Kollektorspannung also auf dem Wert der

tudenmodulation begleitet ist, da die Modulation nur Spannung Vd festgehalten. Die Diode D begrenzt

eine einzige Halbperiode der Schwingung beeinflußt. somit den Spannungshub an den Klemmen des Wider-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 50 Standes R₁ auf den Wert F₁- Vd, solange die in die

gründe, diese Nachteile zu vermeiden und eine fre- Emitterkreise der Transistoren eingespeisten Ströme

quenzmodulierbare Multivibratorschaltung anzugeben, I₁ bzw. I₂ ausreichend sind, bei leitendem Transistor T₁

deren Schwingungsfrequenz innerhalb eines theore- dessen Kollektorspannung kleiner als Vd zu machen,

tisch unbeschränkten und praktisch sehr großen Wenn der Multivibrator so bemessen wäre, daß der

Frequenzbandes eine lineare Funktion einer Steuer- 55 Transistor T₁ im leitenden Zustand stets die Sättigung

spannung ist und bei der die Frequenzmodulation erreichen würde, so wäre die Diode D überflüssig, da

nicht von einer unerwünschten Amplitudenmodulation es dann sichergestellt wäre, daß die Kollektorspannung

begleitet ist. des leitenden Transistors T₁ den Wert der konstanten

Diese Aufgabe wird bei einer Multivibratorschal- Basisvorspannung Vd haben würde, tung, deren Schwingungsfrequenz durch eine Steuer- 60 Wenn die Ströme I₁ und I₂ der beiden Stromspannung veränderbar ist, mit einem ersten Transistor, generatoren mit dem modulierenden Steuersignal F_s dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transi- durch die Gleichungen stors verbunden und dessen Emitter über einen Kondensator mit dem Emitter des zweiten Transistors ge- I₁ = G_mi · (V_s+V₀), koppelt ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß 65 / ₌ Q_m2. (F₈-I-F₀) mit dem Kondensator zwei Stromgeneratoren verbunden sind, die Lade- und Entladeströme I₁, I₂ für verknüpft sind, in denen G_mi, G_m2 und F₀ Konstante den Kopplungskondensator liefern, welche Ströme sind, so ändert sich die Schwingungsfrequenz in Ab-

hängigkeit von der Steuerspannung V_s linear gemäß der Gleichung

= {Vs+V_o)/V_o,

worin /₀ die Ausgangsfrequenz bei der Steuerspannung V_s = 0 ist.

Es ist zu bemerken, daß die Betriebsverhältnisse entsprechend den obenerwähnten Gleichungen für I₁ und I₂ auch die Konstanz des Verhältnisses von Impulsdauer zu Impulsabstand der Ausgangsschwingung gewährleisten. Die Frequenzmodulation ist daher auch nicht von einer Amplitudenmodulation begleitet.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die in F i g. 1 in einem Block α nur schematisch dargestellten Stromgeneratoren gezeigt.

Die Stromgeneratoren enthalten jeweils einen Transistor T₃ bzw. IT₄, deren Kollektorelektroden an die beiden Klemmen des Kopplungskondensators C angeschlossen sind. Die Basiselektroden der in Basisschaltung arbeitenden Transistoren T₃, T₁ liegen an Masse, die Emitterelektroden sind mit Emitterwiderständen R₃, R₁ verbunden, die über einen Vorwiderstand R₅ an eine konstante Spannung V₀ angeschlossen sind. Dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R₆ und den Widerständen R₃, R₁ wird die modulierende Steuerspannung F₈ über einen Kondensator zugeführt.

Für die beschriebene Schaltung gelten die folgenden Gleichungen:

1₁ = OC-(V₈+ F₀) /(TVWe₃)

1₂ = OC-(V₃+ V₀)

I₁ = AV-ClI₁.
Die Schwingungsfrequenz / ist dann

Der die vorliegende Schaltungsanordnung kennzeichnende lineare Zusammenhang zwischen Schwingungsfrequenz und Steuerspannung gilt für fast den ganzen Betriebsfrequenzbereich. Bei tieferen Frequenzen bis zu einigen Megahertz umfaßt das Betriebsfrequenzband zwar nur einige Oktaven, bei höheren Frequenzen, z. B. 70 MHz, lassen sich jedoch Frequenzhübe von mehr als 10 MHz, was dem höchsten Wert entspricht, der normalerweise beim derzeitigen Stand der Technik gefordert wird, mit Linearitäten, die besser als 1 % sind, erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Multivibratorschaltung, deren Schwingungsfrequenz durch eine Steuerspannung veränderbar ist, mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transistors verbunden und dessen Emitter über einen Kondensator mit dem Emitter des zweiten Transistors gekoppelt ist, dadurchgekennzeichnet, daß mit dem Kopplungskondensator (C) zwei Stromgeneratoren (T₃, R₃; T_t, Ri) verbunden sind, die Lade- und Entladeströme (I₁, I₂) für den Kopplungskondensator (C) liefern, welche von der modulierenden Steuerspannung (Vs) gemäß den folgenden Gleichungen abhängen:

worin r_e3 und r_ei die Emitter-Innenwiderstände der Transistoren T₃ bzw. Γ₄ und λ der Stromverstärkungsfaktor bei Basisschaltung sind. V₀ ist eine konstante Spannung, die durch die Spannung V₀ am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R₅ und den Widerständen R₃, i?₄ erzeugt wird.

Zum Beweis der oben angegebenen Gleichung für fifo ist in F i g. 3 der zeitliche Verlauf der Emitterspannung Ve₁ des Transistors T₁, der Emitterspannung Fe₂ des Transistors T₂ und der Kollektorspannung Vc₁ des Transistors T₁ dargestellt. Die abfallenden Stücke der Kurven von Fs₂ und Ve₁ entsprechen der Entladung bzw. Ladung des Kopplungskondensators C und sind linear, da die Ladung bzw. Entladung mit konstantem Strom erfolgt. Die Zeitabschnitte t₂ und Z₁ entsprechen den Entladungs- bzw. Ladungszeiten des Kondensators C.

Da während der Entladung bzw. Ladung des Kondensators C die Transistoren T₂ bzw. T₁ gesperrt sind, sind der Entladungs- bzw. Ladungsstrom I₂ bzw. I₁, und es ist daher

55

60

1₁ —

1₂ =

■(V_s+V₀), (Vs+V₀),

= I_{1 2}I(₁^

= G_mi - G_m (V_s+ V₀)IC · A V(G_mi+G_m).

wobei G_mi, G_m2 und V₀ konstant sind, und daß eine Anordnung vorgesehen ist, die die Kollektorspannung des ersten Transistors (T₁) auf einem konstanten Wert hält, wenn dieser Transistor leitet.

2. Multivibratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors (T₁) mit einer konstanten Spannung (Fd) über eine Klemmdiode (D) verbunden ist, die so gepolt ist, daß sie leitet, wenn die Kollektorspannung unter den Wert der Konstantenspannung (Fd) fällt.

3. Multivibratorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromgeneratoren jeweils einen in Basisschaltung arbeitenden Transistor (T₃, T₄) enthalten, deren Emitterelektroden eine konstante Emittervorspannung (F₀) und die Steuerspannung F_s zugeführt sind.

4. Multivibratorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektroden der Stromgenerator-Transistoren (T₃, T₄) jeweils mit einer Klemme eines Emitterwiderstandes (R₃, R₄) verbunden sind, daß die anderen Klemmen der Emitterwiderstände über einen weiteren Widerstand (R₅) mit einer konstanten Spannung (V_c) verbunden sind und daß die Steuerspannung (V₈) dem Verbindungspunkt zwischen dem weiteren Widerstand (R₅) und den Emitterwiderständen (R₃, Ri) über einen Kopplungskondensator zugeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen