DE1762803A1 - Multivibrator mit stabilisierter Frequenz bei Temperaturschwankungen - Google Patents
Multivibrator mit stabilisierter Frequenz bei TemperaturschwankungenInfo
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Description
7019
13.8.68
GK/se
CEH 103 D
13.8.68
GK/se
CEH 103 D
CENTRE ELECTRONIQUE HORLOGER S. A., Neuchätel (Schweiz)
2, Rue A. -L. Breguet
Multivibrator mit stabilisierter Frequenz bei Temperaturs
chwankungen
Die Erfindung betrifft Multivibratoren mit stabilisiertem Betriebsverhalten
bei Temperature chwankungen, bei denen eine die Frequenz bestimmende Referenzspannung von einem Transistor in Abhängigkeit
von der Betriebstemperatur gesteuert wird. Bisbesondere betrifft die
Erfindung unstabile Multivibratoren der genannten Art, die als Oszillatoren bei Temperature chwankungen eine stabilisierte Ausgangsfrequenz
aufweisen.
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ORIGINAL INSPECTED
Ein unstabiler Multivibrator mit stabilisierter Ausgangefrequenz
bei Temperaturschwankungen ist bereits bekannt (USA-Patentschrift 3 264 579). Bei diesem Multivibrator werden durch Dioden
BetriebszustandsSnderungen an den Transistoren der eigentlichen Kippschaltung im wesentlichen durch Dioden kompensiert, soweit
die BetriebszustandsSnderungen auf Temperaturschwankungen zurückzuführen
sind. Dabei verhalten sich die Betriebszustandsänderungen
an den Dioden gegenläufig zu den an den Transistoren.
Eine gute Stabilisierung des Betriebsverhaltens lflsst sich allerdings
mit Dioden allein nicht ohne weiteres erzielen, es sei denn, dass das Betriebsverhalten der Transistoren und Dioden sehr genau
aufeinander abgestimmt ist. Es hat sich allerdings in den meisten Fallen als praktisch unmöglich herausgestellt, durch geeignete Auswahl
von Transistoren und Dioden eine gute Stabilisierung des Betriebsverhaltens der bekannten Multivibratoren bei Temperaturschwankungen
herbeizuführen. Ganz abgesehen von den Transistoren einer Kippschaltung verändern Übrigens auch die ohmschen Widerstände
und Kondensatoren einer solchen Schaltung bei Temperaturschwankungen ihre Kennwerte, die auf das Betriebeverhalten eines
Multivibrators einen sehr grossen Einfluss ausüben.
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ORIGINAL INSPECTED
Das Problem der Stabilisierung des Betriebsverhaltene eines Multivibrators ist bekanntlich um so grosser, je kleiner die Betriebsspannung
und die Betriebsenergie des Multivibrators ge» wählt werden muss. So hat beispielsweise keine der bisher bekannt
gewordenen Multivibrators chaltungen den Anforderungen genügt, die an Oszillatoren als Gangordner von Uhren zu stellen
sind« insbesondere wenn die Uhren nur sehr kleine Energiespeicher
aufweisen.
Soweit der bereits erwähnte, bekannte Multivibrator Transistoren
zum Ausgleich von Betriebs Zustandeänderungen aufweist, wirken diese Transistoren lediglich wie zwei normale Dioden oder zum
Ausgleich von BetriebszustandsSnderungen zweiter Ordnung, die
gegenüber anderen Einflüssen auf das gesamte Betriebsverhalten des Multivibrators von ganz untergeordneter Bedeutung sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die genannten
Nachteile zu überwinden und einen Multivibrator mit stabiliäiertem Betriebsverhalten bei Temperaturschwankungen zu
schaffen, bei dem alle wesentlichen Betriebszustandsänderungen
seiner Einzelteile aufgrund von Temperaturschwankungen keinen
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Einfluss auf das gesamte Betriebsverhalten ausüben. Eine zusätzliche Aufgabe, die durch die Erfindung zu lösen ist, besteht
darin, Einflüsse von Schwankungen der Betriebsspannung auf die einzelnen Bauelemente des Multivibrators so auszugleichen, dass
das gesamte Betriebeverhalten stabilisiert bleibt.
Die Aufgabe ist bei einem Multivibrator mit stabilieiertem Betriebsverhalten bei Temperaturschwankungen, bei dem eine die Frequenz
bestimmende Referenzspannung von einem Transistor in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur gesteuert wird, dadurch gelöst,
dass der Transistor einer Kompensationsschaltung mit vier ohmschen Widerständen angehört, von denen zwei Widerstände
als Spannungsteiler die Pole einer Spannungsquelle mit der Basis des Transistors verbinden, und von denen je ein weiterer Widerstand den Emitter und Kollektor des Transistors mit den Polen
der Spannungequelle verbinden und zusammen mit dem'Transistor
einen Spannungsteiler bilden, der die 'fempexaturgesteuerte Referenzspannung liefert.
Gemäss einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens
stellt ein Anschluss am Kollektor des Transistors den einen Pol der Referenzspannung dar.
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ORIGINAL INSPECTED
Insbesondere bei einem Multivibrator mit zwei gleichen Transistoren,
deren Emitter gemeinsam mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden sind, deren Basen jeweils über einen Kondensator an den
Kollektor des anderen Transistors gekoppelt sind, deren Kollektoren
jeweils über einen ohmschen Widerstand an den anderen Pol der
Spannungsquelle angeschlossen sind, und deren Basen über je einen ohmschen Widerstand an einem Pol angeschlossen sind, der eine
Referenzspannung aufweist, lässt sich die Erfindung dadurch kennzeichnen,
dass die Basen der Transistoren über je einen Widerstand mit dem Kollektor des Transistors der Kompensationsschaltung
in Verbindung stehen.
Bei einem anderen Multivibrator mit zwei komplementären Transistoren,
bei dem der eine Transistor mit seinem Emitter am einen Pol und mit seinem Kollektor über einen ohmechen Widerstand am
anderen Pol einer Spannungsquelle liegt, bei dem der andere Transistor mit seinem Kollektor über einen ohmschen Wideretand als
Emitterfolger an die Basis des einen Transistors angeschlossen ist, bei dem der Emitter des anderen Transietore mit dem einen Pol der
Spannungequelle verbunden ist, bei dem der andere Transistor mit
seiner Basis Über einen Kondensator und einen ohmschen Widerstand
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ORIGINAL INSPECTED
an den Kollektor des einen Transietors rückgekoppelt iet, bei dem
schliesslich die Basis des anderen Transistors über einen ohmschen
Widerstand an einen Pol angeschlossen ist, der eine Referenz- .
spannung aufweist« lasst sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Erflndungegedankens dadurch kennzeichnen, dass dieser
Pol der Anschluss am Kollektor des Transistors der Kompensationsschaltung
ist.
GemäBS einer besonderen Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens
können der Basis des Transistors der Kompensationsschaltung
Dioden vorgeschaltet sein* deren Betriebeverhalten ebenfalls von der
Betriebstemperatur abhfingt»
Die Schaltung des erfindungsgemflssen Multivibrators weist eine
Vielzahl von Freiheitegraden zum Kompensieren der Einflösse von
Temperatur- und Spannungsschwankungen auf. Damit ist praktisch für alle Anwendungsfalle die Möglichkeit eröffnet, nicht allein
BetriebssustandsSnderungen der Transistoren der Kippschaltung
des Multivibrator· sondern auch Betriebe tuetanctaamierungen der
ohmsehen Widerstände und Kondensatoren der Kippschaltung dee Multivibrators e*e*ufleicn*o. ^
ι ami/ma
Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden durch Ausfflhrungßbeispiele
mit Hilfe der beigefügten Zeichnung naher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Figur 1 das Schaltschema einer ersten Ausfflhrungsform des
erfindungsgemässen Multivibrators, bei dem zwei gleiche Transistoren wesentliche Elemente einer
Kippschaltung sind, und
Figur 2 das Schaltschema einer zweiten AusfOhrungsform des
erfindungegemSssen Multivibrators, bei dem zwei
komplementäre Transistoren wesentliche Elemente einer Kippschaltung sind.
Teile gleicher fimktioneller Bedeutung sind in beiden Figuren durch
gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein Multivibrator ist bekanntlich ein im wesentlichen nicht linearer
Oszillator, dessen Funktion von dem Relaxationsperioden bestimmt
ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Entladung eines Kondensatars über einen ethnischen Widerstand.
109816/1742 , ., ,
ORIGINAL INSPECTED
Die Relaxationsperioden werden untereinander von Kipperioden getrennt. Die Schaltungsteile in den Figuren 1 und 2, auf die das
Bezugszeichen B hinweist, und durch strichpunktierte Linien von den anderen Schaltungsteilen abgetrennt sind, stellen solche bekannte
Kippschaltungen dar.
Die Kippschaltung nach Figur 1 weist zwei Transistoren T2 und T3 auf, deren Emitter gemeinsam an einem Pol O einer Spannungsquelle liegen. In den Kollektorzweigen der beiden Transistoren T2
und T3 befinden sich jeweils ein ohmscher Widerstand Rc, die am anderen Pol Ua der Spannungsquelle angeschlossen sind. Je eine
Rückkopplung mit einem Kondensator C besteht zwischen der Basis des einen der beiden Transistoren T2 bzw. T3 und dem Kollektor
des anderen der beiden Transistoren. Ueber je einen ohmschen
Widerstand Rb wird eine Referenzspannung an die Basen der beiden Transistoren angelegt.
Wenn die Betriebsspannung Ua der Kippschaltung verhSltRismSssig hoch ist, haben Spannungsschwankungen auf die Oszillatorfrequenz
keinen allzu grossen Einfluss. Temperaturschwankungen verSndern dabei lediglich die Konstante der Relaxations zeit des Widerstands-Kapazitäts-Systems
RbC.
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ORIGINAL INSPECTED
Je mehr die Betriebsspannung absinkt, kann man einen entsprechend wachsenden Einfluss sowohl der Betriebsspannung als auch der
Temperaturschwankungen feststellen. Dies lässt sich damit erklären, dass die Spannungen an den Basis-Emitter-Bindungen der beiden
Transistoren T2 und T3 gegenüber der Betriebsspannung nicht
mehr vernachlässigbar sind.
Bekanntlich kann man die Ausgangsfrequenz dadurch beeinflussen, dass man das Verhältnis der Referenzspannung Ur zwischen den
Widerständen Rb und dem Pol O und der Betriebsspannung Ua, d. h, also Ur/ Ua ändert. Die Funktion zwischen der Betriebstemperatur
T, der Betriebsspannung Ua und der Referenzspannung Ur lässt sich durch die folgende Formel Nr. 1 darstellen, in der die Bezugszeichen
Sa, ST und Sr entsprechende Empfindlichkeitsfaktoren darstellen:
Formel Nr. 1 df = Sa-dUa + ST-dT + Sr- dUr
Der mit strichpunktierten Linien umrandete Teil A des Multivibrators
nach Figur 1 stellt eine Kompensationsschaltung dar, die eine von Temperaturschwankungen abhängige Referenzspannung
liefert, durch die Betriebszustandsänderungen der Kippschaltung kompensiert werden.
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ORIGINAL INSPECTED
Die Kompensationsschaltung A nach Figur 1 gleicht übrigens grundsätzlich der Kompensationsschaltung nach Figur 2, die ebenfalls
von strichpunktierten Linien umrandet und mit dem Bezugsbuchstaben A gekennzeichnet ist. Beide Kompensationsschaltungen weisen
einen Kompensationstransietor Tl auf, dessen Basis am Mittelab-·
griff eines Spannungsteilers mit zwei ohmschen Widerotänden Rl und
R2 liegt. Dieser Spannungsteiler verbindet die beiden Pole Ua und
der Spannungsquelle. Der Emitter des Kompensationstransistors liegt über einem ohmschen Widerstand R3 am einen Pol O der
Spannungsquelle, während der Kollektor über einen ohmschen Widerstand R4 an den anderen Pol Ua angeschlossen ist. Die Kompensationsschaltung A wird also mit der selben Spannung betrieben« wie die
Kippschaltung B des erflndungsgemässen Multivibrators. Am Kollektor
des Kompensationstransistors Tl entsteht die Referenzspannung Ur. Der Kollektor steht deshalb über die ohmschen Widerstünde Rb mit
den Basen der beiden Transistoren T2 und T3 der Kippschaltung bzw. mit den Kondensatoren C in Verbindung.
Bei einem Anstieg der Betriebstemperatur vermindert sich die Spannung an der Baeis-Emitter-Bindung des Kompensationstranslstors Tl um einen Wert von - f Volt/ C, des Temperaturanstiegs, .
• I *
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Gleichzeitig steigen die Stromstärken am Emitter und am Kollektor desselben Transistors an, so dass die Referenzspannung Ur am
Kollektor des Transistors abfällt. Dieser Spannungsabfall gleicht einen Spannungsabfall an den Basis-Emitter-Bindungen der beiden
Transistoren T2 und T3 der Kippschaltung aus. Der zuletzt genannte Spannungsabfall an den beiden Transistoren der Kippschaltung
werden selbstverständlich von derselben Temperaturänderung verursacht, die den Kompensationstransistor Tl beein-
flusst. Die genannte Korrektur kann dadurch eingestellt werden,,
dass man einen Verhältnisfaktor ρ des Verhältnisses zwischen dem Widerstand R4 und dem Widerstand R3 verändert. Der Verhältnisfaktor
ist also definiert:
Formel Nr. 2 ρ = R4/R3
Während der Verhältnisfaktor ρ einen ersten Freiheitsgrad for
die Kompensation der Einflüsse von Temperatur- und Betriebsspannungsänderungen darstellt, bietet die Kompensationsschaltung
des erfindungsgemässen Multivibrators noch einen zweiten Freiheitsgrad für die Kompensation der Einflüsse, und zwar in Form eines
Verhältnisfaktors m, der sich entsprechend dem Verhältnis faktor ρ definieren lässt:
Formel Nr. 3 m = R2/R1
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Mit dem zweiten Freiheitsgrad bzw. mit der geeigneten Wahl des Verhältnisfaktors m lässt sich der Einfluss von Betriebsspannungsänderungen
kompensieren. Kompensation tritt ein, wenn folgende Bedingungen erfflEt sind:
ST
Formel Nr. 4 ρ =
Formel Nr. 4 ρ =
Formel Nr. 5 m = ■ (Sa + Sr)
ST
Die Kippschaltung B nach Figur 2 der Zeichnung ist mit zwei zueinander
komplementären Transistoren T2 und T3 auegerüstet, die miteinander über drei ohms ehe Widerstände R5, R6 und R7 sowie
fiber einen Kondensator C zusammenhängen. Der Widerstand R5 verbindet dabei die Basis des Transistors T3 mit dem Kollektor des
Transistors T2, während der Widerstand R7 zwischen den Kollektor des Transistors T3 und den Emitter des Transistors T2 geschaltet
ist. Zwischen der Basis des Transistors T2 und dem Kollektor des Transistors T3 besteht ausserdem eine Kopplung, die den Kondensator
C, in Reihe geschaltet mit dem Widerstand R6, aufweist.
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176280
Der Emitter des Transistors T3 ist mit dem einen Pol Ua und der Emitter des Transistors T2 mit dem anderen Pol O der Spannungsquelle
verbunden. Ueber einen ohmsehen Widerstand Rb wird an die Basis des Transistors T2 eine Referenzspannung angelegt.
Die Kippschaltung B nach Figur 2 ist dazu bestimmt, kurze Impulse zu erzeugen.
Die Kompensationsschaltung A nach Figur 2 ist grundsätzlich ebenso
aufgebaut wie die nach Figurl. Der Kollektor des Kompensationstransistors Tl steht über den ohmschen Widerstand Rb mit der Basis
des Transistors T2 der Kippschaltung in Verbindung.
In verschiedenen Anwendungsfällen kann es zweckmässig sein, eine
oder mehrere Dioden in Reihe mit der Basis des Kompensationstransistors
Tl zu schalten, damit der Wert (- f) I Watty- C .J
erhöht wird. Dabei tritt natürlich dann ein wesentlich grösserer Spannungsabfall zwischen deip Widerstand R2 und dem Widerstand R3
der Kompensationsschaltung auf.
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Claims (5)
13.8.68 ff
CEH 103
Patentansprüche
Multivibrator mit stabilisiertem Betriebsverhalten bei Temperaturschwankungen, bei dem eine die Frequenz bestimmende
Referenzspannung von einem Transistor in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Transistor(Tl) einer Kompensationsschaltung^ mit vier ohmschen
Widerständen angehört, von denen zwei Widerstände (Rl und R2) als
Spannungsteiler die Pole (Ua und O) einer Spannungsquelle mit der Basis des Transistors verbinden, und von denen je ein weiterer Widerstand
(R3 und R4) den Emitter und Kollektor des Transistors mit den Polen der Spannungsquelle verbinden und zusammen mit dem Transistor einen
Spannungsteiler bilden, der die temperaturgesteuerte Referenzspannung liefert.
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2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Anschluss am Kollektor des Transistors den einen Pol der Referenzspannung darstellt.
3. Multivibrator nach Anspruch 2, mit zwei gleichen Transistoren, deren Emitter gemeinsam mit dem einen Pol (O) der
Spannungsquelle verbunden sind, deren Basen jeweils über einen Kondensator
an den Kollektor des anderen Transistors gekoppelt sind, deren Kollektoren jeweils über einen ohmschen Widerstand an den
anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen sind, und deren Basen über je einen ohmschen "Widerstand an einem Pol angeschlossen sind,
der eine Referenzspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basen der Transistoren (T2 und T3) über je einen Widerstand (Rb)
mit dem Kollektor des Transistors Tl der Kompensationsschaltung in Verbindung stehen (Figur 1).
4. Multivibrator nach Anspruch 2, mit zwei komplementären
Transistoren, bei dem der eine Transistor mit seinem Emitter am einen Pol und mit seinem Kollektor über einen ohmschen Widerstand
am anderen Pol einer Spannungsquelle liegt,
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ORIGINAL INSPECTED
bei dem der andere Transistor mit seinem Kollektor über einen
ohmschen Widerstand als Emitterfolger an die Basis des einen Transistors angeschlossen ist, bei dem der Emitter des anderen
Transistors mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, bei dem der andere Transistor mit seiner Basis über einen Kondensator und einen ohmschen Widerstand an den Kollektor des einen
Transistors rückgekoppelt ist, und bei dem schliesslich die Basis des anderen Transistors über einen ohmschen Widerstand an einen
Pol angeschlossen ist, der eine Referenzspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Pol der Anschluss am Kollektor des
Transistors (Tl) der Kompensationsschaltung ist (Figur 2).
5. Multivibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Basis des Transistors der Kompensationsschaltung Dioden vorgeschaltet sind, deren Betriebsverhalten
ebenfalls von der Betriebstemperatur abhängt.
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|---|---|---|---|
| CH1342567A CH462884A (fr) | 1967-09-26 | 1967-09-26 | Multivibrateur à fréquence stabilisée |
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| DE1762803B2 DE1762803B2 (de) | 1971-11-04 |
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ID=4392329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Also Published As
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