-
Stabiler Multivibrator Die Erfindung betrifft einen astabilen Multivibrator
unter Verwendung zweier NAND-Gatter.
-
Es ist bereits bekannt, daß bistabile und monostabile, aber auch astabile
Multivibratoren mit Hilfe von logischen Verknüpfungsgliedern realisiert werden können.
Insbesondere seit der Einführung von integrierten Schaltkreisen sind zahlreiche
Schaltungsmöglichkeiten für intern aus Verknüpfungsgliedern aufgebaute Kippstufen
bekanntgeworden, die mit diskreten Bauelementen aus Aufvrandsgründen nicht realisiert
wurden.
-
Astabile Multivibratoren lassen sich aus solchen logischen Verknüpfungsgliedern
unter Verwendung einiger zusätzlicher Bauclemente herstellen. Schaltungen dieser
Art sind beispiclsweise aus der Zeitschrift "Siemens-Bauteile-Informationen" 6 (1968),
Heft 4, Seiten 132-134, bekannt. Dort ist ein symmetrischer, selbststartender, astabiler
Multivibrator angegeben, der aus zwei NAND-Gattern aufgebaut ist. Jeweils ein Eingang
dieser Gatter ist über einen Koppelkondensator mit dem Ausgang des andercn Gatters
und über einen-Widerstand mit Masse verbunden. Mit dieser Anordnung sind Frequenzen
bis zu einigen Megahertz erzielbar. Durch die genannte Literaturstelle ist auch
schon ein Multivibrator mit von 2 abweichendem Tastverhältnis (Verhältnis von Periodendauer
zu Impulsdauer) bekanntgeworden, der aus drei NAND-Gattern und einem zusätzlichen
Kondensator sowie einem Widerstand aufgebaut ist. Mit diesen Multivibrator ist ein
Tastverhältnis bis zu 3,25 und eine maximale Grundfrequenz von etwa 500 Kilohertz
erreicht worden. Die Eigenschaften dieser bekannten Schaltungen. sind
jedoch
häufig nicht ausreichend. Außerden wäre ein geringerer Aufwand an bauteilen wünschenswert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabc zugrunde, Multivibratolschaltungen
mit geringeren Aufwand und höherer Grenzfrequenz sowie größerem Tastverhältnis anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang
mindestens eines der beiden NAND-Gatter über einen Widerstand mit einen seiner eigenen
Eingangc und außerdem mit einen Eingang des zweiten NAND-Gatters verbunden ist,
daß der genannte Eingang eines derart rückgekoppelten NANi-atters über einen Kondensator
an den Ausgang des jeweils anderen NAND-Gatters angeschlossen ist und daß ein Eingang
eines nicht rückgekoppelten NAND-Gatters direkt mit dem Ausgang des rückgekoppelten
NAND-atters verbunden ist.
-
Bei einen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Erzeugung
von Rechteckschwingungen mit den Tastverhältnis 2 ist nur eines der NAND-Gatter
rückgekoppelt. Als Rückkopplungswiderstand wird ein ohmscher Widerstand verwendet.
Mit dieser Schaltung lassen sich auch Frequenzen von mehr als 10 Megahertz erzeugen.
Die Zahl der zusatzlich notvtendigen Bauelemente ist geringer als bei der bekannten
Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Rechteckschwingungen. Die Schaltung hat darüberhinaus
den Vorteil, daß bei Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen die Periodendauer
der Schwingung nahezu unverändert bleibt.
-
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dient
zur Erzeugung von Rechteckschwingungen mit von 2 abweichendem Tastverhältnis und
ist dadurch gekennzeichnet, daß beide NAND-Gatter rückgekoppelt sind und daß als
Widerstände Dioden verwendet werden, die derart gepolt sind, daß der logischen I?1I
entsprechende Spannungssprünge an den Gattercingängen
vernieden
werden. Mit dieser Schaltung lassen sich auch wesentlich größere Periodendauern
erreichen. Gegenüber den bekaimten Anordnungen ist eine wesentlich höhere Frequenz
erzielbar, die in der Größenordnung von einigen Megahertz liegt. Durch Wahl unterschiedlicher
Kapazitäten sind Tastverhältnisse von mehr als 10:1. einstellbar.
-
Einzelheiten der Erfindung werden in folgenden anhand zzleier Ausführungsbeispiele
erläutert: Es zeigen: Fig. 1 einen Itultivibrator zur Erzeugung eines Rechteckpulses
mit den Tastverhältnis 2, Fig. 2 einen Multivibrator zur Erzeugung eines Rechteckpulses
mit von 2 abweichendem Tastverhältnis.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Multivibrator zur Erzeugung von Rechteckpulsen
mit dem Tastverhältnis 2 ist aus zvzei NAND-Gattern G1, G2 aufgebaut. Der Aufbau
derartige NAND-Gatter ist bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Der
Ausgang w des Gatters G2, das mindestens einen Transistor zur Erzeugung eincr Negation
enthält, ist über einen Widerstand R mit den Eingang z verbunden. Das Gatter G2
neigt wegen dieser Rückkopplung zum Schwingen. Diese Schwingunggen werden den Eingang
x des Gatters G1 zugeführt, von diesen verstärkt und als positive oder negative
Spannungssprüngc über eineh Kondensator C wieder zum Eingang z des Gatters G2 zurückgeleitet.
Dic Eingänge x' und z' der Gatter G1 und G2 bleiben frei. Sie können zum Ein- und
Ausschalten des Multivibrators verwendet werden. Der Ilultivibrator arbeitet dann
in Start-Stop-Betrieb. Im eingeschalteten Zustand liegt an beiden Eingängen x',
z' das logische Potential "1".
-
Es wird angenommen, daß an Ausgang y gerade ein positiver Spannungssprung
aufgetreten ist, der einen Übergang von der
logischen "0" zur logischen
"1" bedeutet. Dieser Spannungesprung wird über den Kondensator C zum Eingang z übertragen
und öffnct das Gatter G2,'so daß an dessen Ausgang w und am Eingang x ein den logischen
Potential "O" entsprechender negativer Spannungssprung auftritt. Das logische Potential
"1" am Ausgang y wird dadurch zunächst gehalten. Nun wird jedoch der Kondensator
C von Ausgang y her über den Widerstand R aufgeladen. Dadurch füllt das Potential
am Eingang z bis auf einen Schwellwert, der den logischen Potential "0t' entspricht.
-
Das Gatter G2 schaltet daraufhin um; an Ausgang w und am-Eingang x
erscheint das Potential "1", am Ausgang y dagegen das Potential "O". Der negative
Spannungssprung am Ausgang y-wird wiederum über den Kondensator C zum Eingang z
zurückgeleitet.
-
Der Kondensator O wird nun Über den Widerstand R entladen, dadurch
steigt das Potential am Eingang z bis auf einen Schwellwert, der den Potential "1"
entspricht. Das Gatter G2 schaltet un; am Ausgang w und am Eingang x tritt das Potential
"0", am Ausgang y das Potential "1" auf. der Vorgang beginnt nun erneut.
-
Die Periodendauer der Schwingung hängt von der Zeitkonstanten RC ab,
mit der die Spannungssprünge an Eingang z abklingen.
-
Zur Einstcllung der Frequenz wird zweckmäßig der Kondensator o verwendet,
da eine große Variation des Widerstandes R zu. ein ner Veränderung der Kurvenform
führt bzw. das Anschwingen des Multivibrators verhindert. Veränderungen des Widerstandes
R werden nur zum Zweck des Feinabgleichs vorgenommen.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Multivibrator ermöglicht auch die Erzeugung
von Rechteckpulsen mit von 2 abweichendem Tastverhältnis. as Gatter G1 ist in dieser
Schaltung durch die Diode D1, das Gatter G2 durch die Diode D2 rückgekoppelt. Diese
Dioden sind derart gepolt, daß das Potential der Gattereingänge X und Z nicht um
mehr als die Durchlaßspannung der Dioden höher sein kann als das der zugehörigen
Gatterausgänge.
-
Die Ausgänge y bzw. w sind jeweils aber Kondensatoren C1 bzw.
-
C2 mit den Eingängen z bzw. x rückgekoppolt. Dic Eingang x1 und z'
bleiben frci und können zum Starten und Stoppen des Multivibrators verwendet werden.
Im Betriebszustand liegt an beiden Eingängen das Potential "1" Es wird angenommen,
daß das Potential am Ausgang y von "1" auf "o" gewechselt habe und diesem Wechsel
ein negativer Spannungssprung entspreche. Der Sprung wird über den Kondensator Cl
zun Eingang z übertragen und sperrt das Gatter G2, so daß an Ausgang w das Potential
"1" erscheint. Dieser Sprung am Ausgang w wirkt sich jedoch am Eingang x praktisch
nicht aus, da er über die Diode D1 zum Ausgang y abgeleitet wird. Der Zustand des
Gatters G1 bleibt dabei erhalten. Der Kondensator Cl entlädt sich über die in Sperrichtung
betriebene Diode D2 sowie den Eingangswiderstand des Gatters G2. Gleichzeitig lädt
sich der Kondensator C2 über die in Durchlaßrichtung betriebene Diode Di auf. Das
Potential am Eingang z steigt während dos Entladevorganges des Kondensators C1 bis
zu einem Schwellwert an, der dem logischen Potential "1" entspricht. Das Gatter
G2 wird nun geöffnet. Am Ausgang w entsteht ein negativer Spannungssprung, der über
den Kondensator C2 zum Eingang x übertragen wird und das Gatter G1 sperrt. Der einer
logischen "1" entsprechende positive Spannungssprung am Ausgang y wird' wiederum
über den Kondensatol C1 zum Eingang x übertragen, wirkt sich jedoch dort praktisch
nicht aus. Der Kondensator C2 entlädt sich über die in Sperrichtung betriebene Diode
D1 und den Eingangswiderstand des Gatters Gl, bis das Gatter G1 wieder geöffnet
wird. Der Vorgang beginnt nun erneut. Die Gattor G1 und G2 werden alao jeweils durch
negative Spannungssprüngc gesperrt und bleiben in diesem Zustand, bis die Spannungssprünge
abgeklungen sind. Die Impulsdauer und die Periodendauer hängen von den Kondensatoren
Ci und C2 sowie den Eingangswiderständen der Gatter und dem Sperrwiderstand der
Dioden ab.
-
Die beschriebenen Schaltungen werden vorzugsweise unter'Verwendung
integrierter Bausteine realisiert. Handelsübliche integrierte Bausteine enthalten
häufig vier NAND-Gatter. Da nur zwei NAND-Gatter für einen Multivibrator benötigt
werden, können die übrigen Gatter zum Verbessern der Impulsform oder fUr andere
Zwecke verwendet werden.
-
3 Patentansprüche 2 Figuren