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Die Erfindung betrifft einen Sperrschwinger mit einem Transistor
und einem die Impulsdauer bestimmenden RC-Glied, das mit einem Spannungsteiler zu
einer frequenzabhängigen Brückenschaltung verbunden ist, in deren Diagonale eine
Wicklung des den Kollektor mit der Basis positiv rückkoppelnden Transformators und
ein Schaltelement liegen.
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Bei bekannten Sperrschwingern dieser Art erweist sich die Frequenzstabilität
bei Temperatur- und Speisespannungsänderungen als zu gering, da diejenigen Elemente,
von denen die Frequenz am stärksten abhängig ist, unmittelbar mit dem Eingangskreis
des Transistors verbunden sind (österreichische Patentschrift 225 234).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sperrschwinger der
eingangs genannten Art anzugeben, der bei Temperatur- und Speisespannungsschwankungen
hohe Frequenzstabilität gewährleistet und somit als stabiler Steuergenerator, Zeitmarkengeber,
Impulstaktgeber, Frequenzteiler, Impulsverzögerungsglied usw. in der Elektronik,
Rechentechnik, Steuerungstechnik, Telemechanik usw. verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die andere
Wicklung des Transformators als Steuerspannungsquelle des Transistors zwischen dessen
Basiselektrode und dessen am positiven Pol der Spannungsquelle liegende Emitterelektrode
geschaltet ist und daß die Kollektorelektrode des Transistors über einen Begrenzungswiderstand
am negativen Pol der Spannungsquelle liegt.
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Vorteilhaft bestehtder Spannungsteiler der frequenzabhängigen Brückenschaltung
aus einem Kondensator und einem Widerstand, die symmetrisch zum die ImpulsdauerbestimmendenRC-Glied
angeordnet sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist parallel
zum Widerstand des Spannungsteilers ein RC-Glied angeschlossen, dessen Kondensator
durch die Spannungsquelle über einen Begrenzungswiderstand und einen in Reihe mit
diesem geschalteten, durch einen Trigger gesteuerten Schalter aufladbar ist.
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Besonders wirkungsvoll erweist sich die Anwendung des erfindungsgemäßen
Sperrschwingers im Bereich niedriger und infraniedriger Frequenzen, wo die Aufrechterhaltung
einer stabilen Frequenz und Impulsverzögerung mit beachtlichen technischen Schwierigkeiten
und Aufwendungen verbunden ist. Der erfindungsgemäße Sperrschwinger gewährleistet
im Frequenzbereich von etwa 20 bis 50Hz eine Frequenzstabilität ff von mindestens
3 10-4 pro ° C und im Bereich von- 300 bis 500 dz mindestens 5. 10-5 pro ° C ohne
Anpassung der Schaltelemente und Anwendung von-itTitteln zur Temperaturkompensation.
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Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Schaltbild eines Sperrschwingers
mit unsymmetrischen, die Impulsdauer bestimmenden RC-Gliedem, F i g. 2 das Schaltbild
eines Sperrschwingers mit symmetrischen, die Impulsdauer bestimmenden RC-Gliedern,
F i g. 3 das Schaltbild einer Einrichtung zum automatischen Frequenzabgleich eines
Sperrschwingers nachFig. lund2.
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Der Sperrschwinger enthält einen Transistor 1 (Fig. 1) in Emitterschaltung.
In den Eingangskreis des Transistorsl ist die Basiswicklung2 eines Impulstransformators
eingeschaltet. Die andere Wicklung 3 dieses Transformators ist mit ihrem einen Ende
über ein Schaltelement 4 am Punkt a zwischen einer Reihenschaltung eines Festwiderstandes
5 und eines veränderlichen Widerstands 6 einerseits und einem Kondensator 7 andererseits
angeschlossen, die jeweils einen Zweig einer frequenzabhängigen Brückenschaltung
bilden. Das andere Ende der Primärwicklung 3 ist am Punkt b zwischen den beiden
anderen Zweigen der frequenzabhängigen Brückenschaltung angeschlossen, die durch
Widerstände 8 und 9 gebildet sind. Die Wicklung 3 ist also über das Schaltelement
4 in eine Diagonale der frequenzabhängigen Brückenschaltung zwischen deren Punkten
a und b eingeschaltet.
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Zum Schutz gegen Rückspannungsstöße an der Wicklung 3 ist diese durch
eine Diode 10 überbrückt.
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Da bei einem derartigen Sperrschwinger die die Impulsdauer bestimmenden
Glieder, von denen das eine aus den Widerständen 5 und 6 und dem Kondensator 7 und
das andere aus den Widerständen 8 und 9 besteht, unsymmetrisch zueinander angeordnet
sind, sind Mittel zur Verringerung der Einwirkung des Wärmestrnms des Transistors
1 auf die Frequenzstabilität vorgesehen, dessen Kollektor an die Wicklung 3 des
Impulstransformators angeschlossen ist. Diese Mittel stellen eine Kette dar, die
aus einer zwischen dem Kollektor des Transistors 1 und dem Punkt b der frequenzabhängigen
Brückenschaltung eingeschalteten Diode 11 und einem die Stromgröße bestimmenden
Widerstand 12 besteht.
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Die Stromquelle 13 ist an die durch die Punkte c und d gekennzeichnete
Diagonale der frequenzabhängigen Brückenschaltung angeschlossen.
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Bei dem in Fig.2 dargestellten Sperrschwinger sind die Zweige der
frequenzabhängigen Brückenschaltung, zwischen denen der Punkt b liegt, an den das
eine Ende der Wicklung 3 des Impulstransformators angeschlossen ist, durch einen
Kondensatorl4 und einen Widerstand 15 gebildet. In der durch die Punkte c und d
gekennzeichneten Diagonale der Brückenschaltung liegen die Ausgangsklemmen des Transistors
1 und parallel zu diesen die mit einem Widerstand 16 in Reihe geschaltete Stromquelle
13.
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Bei Verwendung eines solchen Sperrschwingers als Referenzfrequenzgeber
kann die an ihn angekoppelte Stelleinrichtung (nicht dargestellt) mit der Zeit Fehler
speichern. Zur Beseitigung dieser Erscheinung ist eine Anordnung vorgesehen, die
in bestimmten Zeitintervallen eine automatische Frequenznachstimmung vornimmt. Die
Anordnung enthält ein zusätzliches RC-Glied, das aus einem Kondensator 17 (Fig.3)
und einem Widerstandl8 besteht. Der Kondensator 17 wird von der Spannungsquelle
13 über einen durch einen Trigger 20 gesteuerten Schalterl9 urid einen Begrenzungswiderstand
21 aufgeladen. Der Eingang22 des Triggers 20 ist mit einer Eichfrequenzquelle (nicht
dargestellt) und der Eingang 23 mit dem Ausgang der Stellvorrichtung, z. B. einer
Uhr, gekoppelt.
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Das zusätzliche RC-Glied wird an die Punkteb und d der frequenzabhängigen
Brückenschaltung angeschlossen.
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Der Sperrschwinger arbeitet folgendermaßen: Zunächst wird die Impulspause,
d. h. der Zeitabschnitt
zwischen den zu bildenden Impulsen betrachtet,
währenddem sich der Kondensator 7 mit der durch die Widerstände 5 und 6 bestimmten
Ladezeitkonstante bis auf den Spannungswert der Spannungsquelle 13 aufzuladen sucht.
Das Schaltelement 4 ist dabei geöffnet.
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Erreicht die Spannung am Kondensator 7 einen Wert, der dem Potential
im Punkt b annähernd gleich ist, d.h., wenn die Potentiale der Punktea und b der
frequenzabhängigen Brückenschaltung gleich groß sind, schließt das Schaltelement
4, und über die Wicklung 3 des Impulstransformators beginnt ein Einschaltstrom zu
fließen, der den Sperrschwingprozeß der Öffnung des Transistors 1 hervorruft.
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Der Schließzeitpunkt des Schaltelementes 4 und damit die Dauer des
Zeitintervalls zwischen den zu bildenden Impulsen ist einerseits durch die Zeitkonstante
der Aufladung des Kondensators 7 bestimmt, die ihrerseits durch die Widerstände
5 und 6 und die Kapazität des Kondensators 7 bedingt ist, und andererseits durch
die Spannung im Punkt b, die mit Hilfe des aus den Widerständen 8 und 9 bestehenden
Spannungsteilers eingestellt wird. Infolge der unbedeutend kleinen Dauer des Regenerationsvorganges
bei der Öffnung des Transformators 1 ändert sich die Spannung an dem Kondensator
7 praktisch nicht. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Sperrschwingervorganges wird
der Transistor 1 voll geöffnet, und die Stufe der Impulsspitzenbildung beginnt.
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Während dieser Stufe entlädt sich der Kondensator 7 über die Wicklung
3 des Impulstransformators und den geöffneten Transistor 1. Die Impulsspitzenbildung
endet im Augenblick der Entladung des Kondensators7 auf den Spannungswert Null.
Beim Sperrschwinger nach Fig. 2 werden die Kondensatoren 7 bzw. 14 während des Zeitintervalls
zwischen den zu bildenden Impulsen jeweils über die Widerstände 5 und 6 bzw. den
Widerständen 15 aufgeladen.
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Der Schließzeitpunkt des Schalters 4 und damit die Dauer des Zeitintervalls
zwischen den Impulsen wird durch die beiden Zeitkonstanten der Aufladung der Kondensatoren
7 und 14 der RC-Glieder der frequenzabhängigen Brückenschaltung bestimmt, deren
eines aus den Widerständen 5 und 6 und dem Kondensator 7 und deren anderes aus dem
Kondensator 14 und Widerstand 15 besteht.
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Die Einleitung des Sperrschwingvorganges beginnt beim Schließen des
Schaltelementes 4 im Augenblick der Abgleichung der Potentiale in den Punkten a
und b der einen Diagonale der frequenzabhängigen Brückenschaltung. Die weitere Arbeit
erfolgt wie oben beschrieben.
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Die Dauer des Zeitintervalls zwischen den Impulsen, die Impulspause,
ist also vom Lade- bzw.
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Entladestrom über die pn-tJbergänge des Transistors 1 unabhängig,
und der Verlustwiderstand, die nichtlinearen Übergangswiderstände und die Wärmeströmung
des Transistors 1 beeinflussen die Stabilität der Impulspause praktisch nicht, weil
der Transistor 1 mit einer der Diagonalen der frequenzabhängigen Brückenschaltung
gekoppelt ist.
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Bei entsprechender Auswahl der Parameter des Sperrschwingers wird
die Frequenzstabilität durch die Stabilität der Elemente der frequenzabhängigen
Brückenschaltung bestimmt und erreicht bei der symmetrisch aufgebauten Brückenschaltung
(F i g. 2) ihren Maximalwert.
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Die Zeitspanne, in der der durch den Trigger 20 gesteuerte Schalter
19 geschlossen bleibt und der Kondensator 17 von der Stromquelle 13 über den Widerstand
21 aufgeladen wird, ist der Differenz zwischen der Eichfrequenz, die an den Eingang
22 des Triggers 20 gegeben wird, und der Frequenz, die an den Eingang 23 von einer
Stellvorrichtung, z. B. einer Uhr, gegeben wird, proportional. Um den normalen Betrieb
der Anordnung zu gewährleisten, die die Frequenz des Sperrschwingers automatisch
nachstellt, ist es erforderlich, daß die Impulsfolgefrequenz der Stellvorrichtung
an dem Eingang 23 des Triggers 20 stets etwas höher ist als die Eichfrequenz, d.
h., daß die Eigenfrequenz des Sperrschwingers etwas höher als die Nominalfrequenz
gewählt wird, bei der der Fehler der Stellvorrichtung minimal ist. Eine solche Frequenzeinstellung
des Sperrschwingers wird mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 6 vorgenommen.
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Die Spannung am Kondensator 17 ist also der Differenz der Frequenzen
an den Eingängen 22 und 23 des Triggers 20 proportional und verschiebt das Potential
des Punktes b geringfügig. Infolgedessen gleichen sich die Potentiale der Punkte
a und b während der Impulspause etwas später aus, und das Schaltelement 4 öffnet
entsprechend später.
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Als Folge davon verringert sich die Schwingfrequenz geringfügig so
lange, bis der Fehler korrigiert ist.
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Damit die Beseitigung des in der Stellvorrichtung gespeicherten Frequenzfehlers
im Laufe mehrerer Schwingungsperioden des Sperrschwingers erfolgt, wird die Entladezeitkonstante
des Kondensators 17 viel größer als die Schwingungsdauer des Sperrschwingers gewählt.
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Bei Verwendung des vorgeschlagenen Sperrschwingers als Impulsverzögerungselement
fehlt die Stromquelle 13, und die Diagonale der frequenzabhängigen Brückenschaltung,
die durch die Punkte c und d gekennzeichnet ist, ist mit dem Ausgang einer impulsformenden
Einrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt. In diesem Fall entsteht am Kollektor des
Transistors 1 ein gegenüber dem zu bildenden Impuls um eine durch die Parameter
der frequenzabhängigen Brückenschaltung bestimmte Zeitspanne verzögerter Spannungsstoß.
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Patentansprüche: 1. Sperrschwinger mit einem Transistor und einem
die Impulsdauer bestimmenden RC-Glied, das mit einem Spannungsteiler zu einer frequenzabhängigen
Brückenschaltung verbunden ist, in deren Diagonale eine Wicklung des den Kollektor
mit der Basis positiv rückkoppelnden Transformators und ein Schaltelement liegen,
d a -durch gekennzeichnet, daß die andere Wicklung (2) des Transformators als Steuerspannungsquelle
des Transistors (1) zwischen dessen Basiselektrode und dessen am positiven Pol der
Spannungsquelle liegende Emitterelektrode geschaltet ist und daß die Kollektorelektrode
des Transistors (1) über einen Begrenzungswiderstand (12; 16) am negativen Pol der
Spannungsquelle (13) liegt.