DE1295633B

DE1295633B - Multivibrator for generating square wave voltages of very low frequency

Info

Publication number: DE1295633B
Application number: DE1967ST027044
Authority: DE
Inventors: Fuisting; Dipl-Ing Kurt
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1967-06-23
Filing date: 1967-06-23
Publication date: 1969-05-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Multivibrator zur Erzeugung von Rechteckspannungen sehr niedriger Frequenz und großer Flankensteilheit unter Verwendung eines Schmitt-Triggers, welcher über ein Zeitglied zu Eigenschwingungen angeregt wird.The invention relates to a multivibrator for generating square-wave voltages very low frequency and large edge steepness using a Schmitt trigger, which is excited to natural oscillations via a timing element.

Im allgemeinen finden in transistorisierten Impulsschaltungen als Rechteck-Impulsgeneratoren frei schwingende Multivibratoren Verwendung, wenn an die Frequenzkonstanz keine allzu hohen Forderungen gestellt werden. Derartige Multivibratoren, deren Taktfrequenz im kRz-Bereich liegt, weisen fast ausschließlich dynamische Rückkopplungszweige auf, welche gleichzeitig Frequenz und Impulsform beeinflussen. Zur Erzielung einer sehr niederfrequenten Impulsfolge müßten bei diesen bekannten Schaltungen unter anderem die Koppelkapazitäten erheblich vergrößert werden, was jedoch zu einer Verschlechterung der Impulsform führt. Zwar läßt sich dieses durch eine nachgeschaltete Stufe wieder korrigieren, doch ist es Sinn und Zweck dieser Erfindung, den hierbei erforderlichen Mehraufwand an Schaltmitteln zu vermeiden.Generally found in transistorized pulse circuits as Square-wave pulse generators free-swinging multivibrators use when on the frequency constancy is not subject to excessively high demands. Such multivibrators, whose clock frequency is in the kRz range, almost exclusively have dynamic feedback branches which simultaneously influence frequency and pulse shape. To achieve a very low-frequency pulse sequences would have to be included in these known circuits among other things, the coupling capacities are significantly increased, which, however, leads to a deterioration the pulse shape leads. Although this can be done again by a subsequent stage correct, but it is the purpose of this invention to provide the necessary To avoid additional expenditure on switching means.

Eine andere Möglichkeit der Impulserzeugung ist durch die deutsche Auslegeschrift 1129178 bekanntgeworden, welche einen Schmitt-Trigger in Verbindung mit einer Verzögerungsleitung als relativ frequenzstabilen Impulsgenerator vorschlägt. Diese Lösung ist jedoch nicht zur Erzeugung niedrigster Frequenzen geeignet.Another way of generating impulses is through the German Auslegeschrift 1129178 became known, which a Schmitt trigger in connection proposes with a delay line as a relatively stable frequency pulse generator. However, this solution is not suitable for generating extremely low frequencies.

Weiterhin ist durch die Zeitschrift »Internationale Elektronische Rundschau«, 1967, Nr. 3, Seite 53 bis 56, eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, bei der ein modifizierter Schmitt-Trigger als selbsterregter Rechteckgenerator Verwendung findet. Das die Frequenz bestimmende Zeitglied besteht aus einer RC-Kombination, dessen Kondensator jeweils durch den Basisstrom des ersten Transistors periodisch aufgeladen wird. Damit hängt die Aufladezeit und gleichermaßen die Frequenz stark von der Stromverstärkung dieses Transistors ab, welche jedoch innerhalb des gleichen Transistortyps unterschiedlich hoch ist, so daß eine individuelle Anpassung erforderlich ist. Außerdem können Temperaturschwankungen oder ein notwendiges Auswechseln dieses ersten Transistors zum völligen Versagen der Schaltung führen.Furthermore, through the magazine »Internationale Elektronische Rundschau «, 1967, No. 3, pages 53 to 56, a circuit arrangement became known, where a modified Schmitt trigger is used as a self-excited square wave generator finds. The timing element that determines the frequency consists of an RC combination, its capacitor periodically in each case by the base current of the first transistor being charged. This means that the charging time and the frequency are heavily dependent on the current gain of this transistor, which, however, is within the same Transistor type is of different heights, so that individual adaptation is required is. In addition, there may be temperature fluctuations or a need to replace them first transistor lead to complete failure of the circuit.

Alle diese Nachteile werden durch den Multivibrator gemäß der Erfindung vermieden, indem unter der für diesen Zweck bekannten Verwendung einer Triggerschaltung das die Schwingung anfachende Zeitglied aus einer RC-Kombination besteht, bei der der einseitig an Nullpotential liegende Kondensator über einen ersten Widerstand mit dem Kollektor und über einen zweiten Widerstand mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist.All these disadvantages are alleviated by the multivibrator according to the invention avoided by using a trigger circuit known for this purpose the timing element that fosters the oscillation consists of an RC combination in which the capacitor, which is at zero potential on one side, via a first resistor to the collector and via a second resistor to the base of the first transistor connected is.

Einem weiteren Merkmal zufolge besteht der erste Widerstand aus einem hochohmigen, regelbaren Zweig und einem in Laderichtung gesperrten niederohmigen Zweig. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Frequenz des Multivibrators über den Regelwiderstand in Grenzen zu verändern. Im übrigen gestattet das erfindungsgemäß ausgebildete Zeitglied allein durch einfaches Auswechseln des Kondensators eine Änderung der Frequenz in der Größenordnung von mehreren Zehnerpotenzen, ohne daß hierdurch eine Veränderung der Flankensteilheit der Impulse hervorgerufen wird. An Hand von zwei Ausführungsbeispielen wird . die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.According to another characteristic, the first resistance consists of one high-resistance, adjustable branch and a low-resistance one that is blocked in the charging direction Branch. This makes it possible to use the frequency of the multivibrator to change the rheostat within limits. Incidentally, this allows according to the invention trained timing element by simply replacing the capacitor Change in frequency in the order of magnitude of several powers of ten without this causes a change in the edge steepness of the pulses. On the basis of two exemplary embodiments. the invention in connection with the Drawings explained in more detail below.

F i g. 1 zeigt den Multivibrator gemäß der Erfindung als Prinzipschaltbild; F i g. 2 stellt eine mögliche Variante der Schaltung von F i g. 1 dar.F i g. 1 shows the multivibrator according to the invention as a basic circuit diagram; F i g. 2 represents a possible variant of the circuit of FIG. 1 represents.

Wie das Prinzipschaltbild der F i g. 1 zeigt, wird die Triggerschaltung durch die beiden Transistoren T 1, T 2 und die Widerstände R 3 bis R 7 gebildet, während das eigentliche Zeitglied den Kondensator C und die beiden Widerstände R 1 und R 2 umfaßt. Hierbei ist der mit einem Ende auf Nullpotential liegende Kondensator C einerseits über den Widerstand R 1 mit dem Kollektor und über den Widerstand R 2 mit der Basis des ersten Transistors T 1 verbunden. Hierbei ist der Wert des Widerstandes R 1 so gewählt, daß er um ein Vielfaches größer ist, als der des Widerstandes R 2.As the basic circuit diagram of FIG. 1 shows the trigger circuit formed by the two transistors T 1, T 2 and the resistors R 3 to R 7, while the actual timing element is the capacitor C and the two resistors R. 1 and R 2. Here the capacitor is at zero potential at one end C on the one hand via the resistor R 1 to the collector and via the resistor R. 2 connected to the base of the first transistor T 1. Here is the value of the resistance R 1 chosen so that it is many times greater than that of the resistor R. 2.

Bei der Variante F i g. 2 ist der Widerstand R 1 durch die Parallelschaltung zweier Widerstandszweige ersetzt, von denen der eine Zweig im wesentlichen aus einem regelbaren, hochohmigen Widerstand R 11 besteht, während der andere Zweig durch einen in Reihe mit einer Diode D liegenden, niederohmigen Widerstand R 12 gebildet wird.In the variant F i g. 2, the resistor R 1 is replaced by the parallel connection of two resistor branches, one branch of which essentially consists of a controllable, high-resistance resistor R 11 , while the other branch is formed by a low-resistance resistor R 12 in series with a diode D. .

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist nun folgende. Ausgehend von dem Zustand, daß bei angelegter Betriebsspannung UB der Transistor T 1 gesperrt ist, lädt sich der Kondensator C über die Widerstände R 3 und R 1 bzw. R 11 langsam auf, bis er die durch die Widerstände R 4 und R 5 bestimmte Emitterspannung am Transistor T 1, d. h. den einen Schwellwert, erreicht.The operation of the circuit according to the invention is now as follows. Starting from the state that the transistor T 1 is blocked when the operating voltage UB is applied, the capacitor C is slowly charged via the resistors R 3 and R 1 or R 11 until it reaches the emitter voltage determined by the resistors R 4 and R 5 at the transistor T 1, ie the one threshold value is reached.

Dadurch wird der Transistor T 1 aufgesteuert. Die Kollektorspannung des Transistors T 1 sinkt damit sprungartig auf den durch den Spannungsteiler R 3 und R 5 bestimmten Wert und bewirkt dadurch ein Kippen des Transistors T 2 in den Sperrzustand. Bei geöffnetem Transistor T 1 entlädt sich der Kondensator C nunmehr schnell über die in diesem Fall parallelgeschalteten Widerstände R 1 und R 2. Im Fall der F i g. 2 wird dieser Vorgang durch den hierbei in Durchlaßrichtung beanspruchten Zweig D, R 12 stark beschleunigt und von der Stromverstärkung des Transistors T1 weitgehend unabhängig gemacht.As a result, the transistor T 1 is turned on. The collector voltage of the transistor T 1 drops suddenly to the voltage divider R 3 and R 5 certain value and thereby causes the transistor T 2 to flip over in the lock state. When the transistor T 1 is open, the capacitor C now discharges quickly via the resistors R 1 and R 2 connected in parallel in this case. Im Case of fig. 2 this process is claimed by this in the forward direction Branch D, R 12 greatly accelerated and from the current gain of transistor T1 made largely independent.

Ist die Kondensatorspannung letztlich auf einen Wert abgesunken, bei der die Basis des Transistors T 1 negativer wird als die Emitterspannung, so kippt der Transistor T 1 wieder in den Sperrzustand, während über seine damit sprunghaft ansteigende Kollektorspannung die Basis des Transistors T 2 positiver wird als dessen Ernitter, so daß dieser wieder öffnet.If the capacitor voltage has finally dropped to a value at the base of the transistor T 1 is more negative than the emitter voltage, so flips the transistor T 1 again in the blocking state, while over its thus by leaps and bounds increasing collector voltage the base of the transistor T 2 becomes more positive than its Ernitter, so that it opens again.

Die zeitliche Ausdehnung des Taktimpulses entspricht der Entladung des Kondensators C und wird nur unwesentlich durch den einstellbaren Widerstand R 1 bzw. R 11 beeinflußt, über welchen die Zeitkonstante des Kondensator-Ladevorganges eingestellt wird. Dieser Wert und das Verhältnis der die Schwellwertspannungen des Triggers festlegenden Kollektorwiderstände R 3 und R 4 bestimmen im wesentlichen die Frequenz, wobei dies außer der Regelbarkeit in gewissen Grenzen über den Widerstand R 1 bzw. R 11 durch einfaches Auswechseln des Kondensators C auch über größere Bereiche ohne Rückwirkung auf die Güte der Impulsflanken veränderbar ist.The temporal expansion of the clock pulse corresponds to the discharge of the capacitor C and is only insignificant due to the adjustable resistance R 1 or R 11 influences over which the time constant of the capacitor charging process is set. This value and the ratio of the threshold voltages of the Triggers defining collector resistances R 3 and R 4 essentially determine the frequency, with this in addition to the controllability within certain limits via the resistance R 1 or R 11 by simply replacing the capacitor C over larger areas can be changed without affecting the quality of the pulse edges.

Claims

Patent claim: 1. Multivibrator for generating square wave voltages of very low frequency and steep edge steepness using a Schmitt trigger, which is excited to natural oscillations via a timing element, characterized in that the timing element consists of an RC combination in which the one-sided zero potential lying capacitor (C) is connected to the collector via a first resistor (R 1) and to the base of the first transistor (T 1) via a second resistor (R 2).

2. Multivibrator according to claim 1, characterized in that the value of the first resistor (R 1) is many times greater than that of the second resistor (R 2).

3. Multivibrator according to claim 1, characterized in that the resistor (R 1) consists of a high-resistance, controllable branch and a low-resistance branch blocked in the charging direction.