DE1537437C - Monostabile Kippstufe - Google Patents
Monostabile KippstufeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine monostabile Kippstufe, die bei Ansteuerung n:it 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 1 151 280 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 Eingangsrmpuls ausgelöste Schaltzustand
der Tunneldiode stellt für. die Verzögerungsschaltung eine Eingangsbedingung dar, die am Aus-
gang. der Verzögerungsschaltung eioen 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.
Fig. 1 stellt die Kennlinie einer Tunneldiode dar.
f-jne Widerstandsgerade, schneidet diese Kennlinie in
drei Punkten;
F i g. 2 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung.
In Fig. 1 ist auf der Ordinate der Diodenstrom I0
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 A1' undeinem
veränderlichen Widerstand R1". Der Abgriffspunkt
ist weiterhin über einen Kondensator C1 mit einer
Eingangsklemme Kt: verbunden. Der Spannungsteiler
liegt zwischen zwei Potentialen von +5,2. und
— 5,2 V. Die Ausgangsklemme KA 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 R1 und über einen veränderlichen Widerstand^
mit einer Spannung von: —5,2 V verbunden. Der
Verbindungspunkt der Widerstände R1 und; R^ liegt
über einen Kondensatoren an Masse. Der kollektor
des TransistorsT.; ist mit der Basis eines Transistors T^1
verbunden, dessen Kollektor-an einer mit einem Kondensator C11 abgeblockten Spannung von + 5,2 V liegt.
Der Emitter des Transistors Γ., führt über einen Wi7-derstand
R- an Masse. An derBasis des Transistors 7\, liegt weiterhin ein Ladekondensator C1 gegen Masse.
Vom Emitter, des Transistors Γ., ist eine Rückführungsschleife über eine Diode: D2 und einen Widerstand R4 an die Basis des Transistors T2 gelegt;
Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt:
Die Tunneldiode ist auf einen Strom von ungefähr 5 mA eingestellt, der dem Arbeitspunkt Λ; in Fi g. I:
entspricht. Der Transistor T2 sei leitend und gesättigt,
dann ist die Spannung an der Kathode der Tunneldiode ungefähr 0 V. Wird an die Eingangsklemme KE
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
T2, dessen Arbeitspunkt mittels der Widerstände R7 und Rs 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 KE 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 R3 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 D0 und den Widerstand Ri ein
positiver Rückstellimpuls 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 T0 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 T0.
Die Diode D2 dient zur Erhöhung der Ansprechschwelle
der Schaltung. Infolge der Stromgegenkopplung des Transistors T3 durch den Emitterwiderstand R5
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
Ji1' und R1" bestehenden Differenziergliedes
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)
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
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