DE1537437B2 - Monostabile kippstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monostabile Kippstufe, die bei Ansteuerung mit Impulsen Ausgangsimpulse konstanter Dauer und von großer Flankensteilheit abgibt.

Aus der Kennlinie einer Tunneldiode ist zu entnehmen, daß bei geeigneter Lage der Widerstandsgeraden zu der Kennlinie diese in drei Punkten von der Widerstandsgeraden geschnitten werden kann, so daß eine bistabile Arbeitsweise der Tunneldiode erreicht wird.

In der deutschen Auslegeschrift 1151 280 ist eine rückgekoppelte Schaltungsanordnung zur Erzeugung impulsförmiger Kurvenläufe beschrieben, bei der einer Tunneldiode eine Rückkopplungsschaltung parallel geschaltet ist. Die Rückkopplungsschaltung enthält einen Transistorverstärker und gestattet es, einen Rückstellimpuls gegebenenfalls mit einer wählbaren Verzögerung an den Eingang der Tunneldiode zurückzuführen. Dabei können Störsignale am Eingang der Tunneldiode der Störspannung proportionale Ströme in der Rückkopplungsschleife hervorrufen, die, wenn sie am Eingang mit weiteren Störimpulsen, die selbst nicht die zur Umstellung der Tunneldiode notwendige Amplitude haben, zusammentreffen, ein so hohes resultierendes Störsignal ergeben, daß die Tunneldiode doch von dieser Störung in einen anderen Schaltzustand versetzt wird. Dies bedeutet, daß bei verrauschtem oder sonstwie gestörtem Eingangssignal die Breite der Ausgangsimpulse der Tunneldiodenschaltung von der Statistik des Störsignals abhängig ist.

Dieser Mangel wird bei einer monostabilen Kippstufe mit einer Tunneldiode und einem mit seiner Basis-Emitter-Strecke parallel zur Tunneldiode liegenden Transistor mit einer aus einem parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke liegenden Kondensator bestehenden Impulsverzögerungsschaltung zur verzögerten Rückführung eines Rückstellimpulses an die Tunneldiode dadurch behoben, daß gemäß der Erfindung ein zweiter an seiner Basis von der Kollektorspannung des Transistors gesteuerter Transistor vorgesehen ist, von dessen Emitter eine Rückführungsschleife über eine Diode und einen Widerstand zur Basis des ersten Transistors führt.

Die nichtlineare Ausbildung des Rückkopplungskreises mit Hilfe der Diode D₂ bewirkt in Verbindung mit dem zweiten Transistorverstärker, daß alle Störsignale am Eingang der Tunneldiode, die nicht ausreichen, die Tunneldiode in den zweiten Schaltzustand zu kippen, auch keinen proportionalen Rückstellstrom erzeugen können. Es werden deshalb auch bei gestörtem Eingangssignal Ausgangsimpulse mit konstanter Breite erzielt.

Der durch einen Eingangsimpuls ausgelöste Schaltzustand der Tunneldiode stellt für die Verzögerungsschaltung eine Eingangsbedingung dar, die am Aus- gang der Verzögerungsschaltung einen Ausgangszustand herbeiführt, der die Eingangsbedingung und damit sich selbst aufhebt. Die Arbeitsweise der Schaltung ist demnach monostabil.

In der Emitterleitung der Eingangstransistorstufe der Impulsverzögerungsschaltung liegt zweckmäßig eine Diode. Sie dient der Temperaturkompensation sowie der leichteren Justierbarkeit dieser Stufe.

An Hand von zwei Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 stellt die Kennlinie einer Tunneldiode dar. Eine Widerstandsgerade schneidet diese Kennlinie in drei Punkten;

F i g. 2 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.

In F i g. 1 ist auf der Ordinate der Diodenstrom I_D einer Tunneldiode und auf der Abszisse die Spannung an dieser Diode U₀ aufgetragen. Die Kennlinie weist einen im wesentlichen N-förmigen Verlauf auf. Ein Maximum ist mit F bezeichnet, ein Minimum mit G. Eine Widerstandsgerade W ist so durch die Kennlinie gelegt, daß sie diese in den Punkten A, C, B schneidet. Die Widerstandsgerade teilt also die Kennlinie so, daß die von ihr und den das Maximum und das Minimum einschließenden Kurvenabschnitten umrandeten Flächenstücke ungefähr gleich groß sind. Durch die Extremwerte der Kennlinie gezogene Parallelen zur Widerstandsgeraden schneiden die Kurve in den Punkten E bzw. D. Die Lage der Widerstandsgeraden zeigt, daß der bei der Tunneldiode gewählte Arbeitspunkt A einem Vorstrom der Diode entspricht, der etwa gleich dem halben Strom im Maximum der Kennlinie gleichkommt. Ein an die Tunneldiode angelegter positiver Impuls hebt die Widerstandsgerade und damit den Arbeitspunkt bis zum Punkt F an. Dort springt der Arbeitspunkt über nach D und bei Abklingen des Eingangsimpulses nach B. Punkt B stellt also den zweiten stabilen Schaltzustand der Diode dar. Entsprechend springt bei Anlegen eines negativen Impulses der Arbeitspunkt von B über G nach E bzw. A.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Tunneldiode TU, deren Anode mit Masse verbunden ist. Ihre Kathode ist über einen Widerstand 39 mit dem Emitter eines Transistors T₁ verbunden, dessen Kollektor an einer negativen Spannung von —5,2 V liegt. Weiter liegt am Kollektor ein Kondensator C gegen Masse. Die Kathode der Tunneldiode TU ist weiterhin über einen Widerstand R₂ mit einer negativen Spannung von — 5,2 V verbunden. Außerdem liegt an der Kathode der Tunneldiode eine Ausgangsklemme KA. Die Basis des Transistors T₁ liegt an dem Abgriffspunkt eines Spannungsteilers aus einem Festwiderstand R₁ und einem veränderlichen Widerstand R₁". Der Abgriffspunkt ist weiterhin über einen Kondensator C₁ mit einer Eingangsklemme K_E verbunden. Der Spannungsteiler liegt zwischen zwei Potentialen von +5,2 und — 5,2 V. Die Ausgangsklemme K_A ist mit der Basis eines Transistors T₂ verbunden, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand R₃ an einer Spannung von + 5,2 V liegt. Ein Kondensator C₂ blockt diese Spannung gegen Masse ab. Der Emitter des Transistors T₂ ist über einen Widerstand R₆ und eine Diode D₁ mit Masse verbunden. Weiter ist er über einen Widerstand R₇ und über einen veränderlichen Widerstand R₈ mit einer Spannung von —5,2 V verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände R₇ und R₈ liegt über einen Kondensator C₅ an Masse. Der Kollektor des Transistors T₂ ist mit der Basis eines Transistors T₃ verbunden, dessen Kollektor an einer mit einem Kondensator C₆ abgeblockten Spannung von + 5,2 V liegt. Der Emitter des Transistors T₃ führt über einen Widerstand/ig an Masse. An der Basis des Transistors T₃ liegt weiterhin ein Ladekondensator C₃ gegen Masse. Vom Emitter des Transistors T₃ ist eine Rückführungsschleife über eine Diode D₂ und einen Widerstand i?₄ an die Basis des Transistors T₂ gelegt.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt: Die Tunneldiode ist auf einen Strom von ungefähr 5mA eingestellt, der dem ArbeitspunktA in Fig. 1

entspricht. Der Transistor T₂ sei leitend und gesättigt, dann ist die Spannung an der Kathode der Tunneldiode ungefähr 0 V. Wird an die Eingangsklemme K_E der monostabilen Kippstufe ein negativer Impuls angelegt, so wandert der Arbeitspunkt der Tunneldiode von A nach B. Die Spannung an der Kathode der Tunneldiode wird ungefähr —400 mV, und der Transistor T₀, dessen Arbeitspunkt mittels der Widerstände .R₇ und R₈ entsprechend eingestellt ist, wird gesperrt. Die an und für sich bistabile Tunneldiode würde durch einen positiven Impuls wieder in ihren Ausgangsschaltzustand zurückversetzt werden, wenn nicht eine Sperrstufe, die aus dem Widerstand T₁ besteht, zwischen Tunneldiode und Eingangsklemme K_E liegen würde. Der Transistor T₁ ist so vorgespannt, daß er normalerweise sperrt und nur bei Anlegen negativer Impulse an seiner Basis leitend wird. Mit dem Transistor T₂ im Sperrzustand wird der Ladekondensator C₃ über den Widerstand R_z aufgeladen, bis eine Ladespannung erreicht ist, die den Transistor T₃ in den Leitzustand steuert. Die Spannung am Emitter des Transistors steigt dabei an. Dadurch gelangt über die Diode D₂ und den Widerstand i?₄ ein positiver Rückstellimpüls an die Tunneldiode TU. Gleichzeitig wird der Transistor T₂ wieder leitend und der Ladekondensator C₃ entladen. Die Diode D₁ im Emitterkreis des Transistors T₂ bewirkt eine Potentialverschiebung, ohne daß, wie es bei Anwendung von ohmschen Widerständen eintreten würde, der differentielle Widerstand und damit die Wechselstromgegenkopplung unzulässig groß wird. Die Einstellung eines negativen Potentials von ungefähr — 0,7 V am Emitter des Transistors T₂ ist erforderlich, damit dieser Transistor von der relativ geringen Tunneldiodenspannung ausgesteuert werden kann. Die Diode D₁ bewirkt ferner eine Temperaturkompensation sowie eine leichtere Justierbarkeit des Transistors T,.

Die Diode D₂ dient zur Erhöhung der Ansprechschwelle der Schaltung. Infolge der Stromgegenkopplung des Transistors T₃ durch den Emitterwiderstand i?₅ ist die Schaltung weitgehend temperaturunabhängig. Der Schaltung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung können Ausgangsimpulse von einer Dauer von ungefähr 50 nsec entnommen werden. Dieser Wert bleibt im Bereich von bis 60° C hinreichend konstant. Die Vorschaltung

ίο des aus dem Kondensator C₁ und dem Spannungsteiler R₁ und R₁" bestehenden DiSerenziergliedes ermöglicht die Verarbeitung von Eingangsimpulsen beliebiger Dauer.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der monostabilen Kippschaltung liegt bei elektronischen Zählern. Dabei können diese Zähler Impulsfolgefrequenzen in der Größenordnung von 100 MHz verarbeiten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Monostabile Kippstufe mit einer Tunneldiode und einem mit seiner Basis-Emitter-Strecke parallel zur Tunneldiode liegenden Transistor mit einer aus einem parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke liegenden Kondensator bestehenden Impulsverzögerungsschaltung zur verzögerten Rückführung eines Rückstellimpulses an die Tunneldiode, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter an seiner Basis von der Kollektorspannung des Transistors gesteuerter Transistor vorgesehen ist, von dessen Emitter eine Rückführungsschleife über eine Diode und einen Widerstand zur Basis des ersten Transistors führt.

2. Monostabile Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterleitung des ersten Transistors eine Diode liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen