DE1932132C3

DE1932132C3 - Astable multivibrator with complementary transistors and a large duty cycle subrange

Info

Publication number: DE1932132C3
Application number: DE19691932132
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 4600 Dortmund Scharpenberg
Original assignee: Ceag Dominit Ag, 4600 Dortmund
Filing date: 1969-06-25
Publication date: 1976-02-12

Description

Die Erfindung betrifft einen astabilen Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnis-Stellbereich, insbesondere für stellbare Weitleuchten.The invention relates to an astable multivibrator with complementary transistors and a large duty cycle setting range, especially for adjustable long-range lights.

Bei Weitleuchten wird oft die Glühlampe über einen Pulsgeber mit komplementären Transistoren mit einer Pulsspannung höherer Frequenz gespeist. Die Stellbarkeit der Helligkeit wird dabei durch Variation des Tastverhältnisses der Pulsspannung durch einen schaltungstechnischen Eingriff im elektronischen Pulsgeber erzielt. Eine Leuchte mit einstellbarer Helligkeit kann leicht als Universalleuchte eingesetzt werden, da die Helligkeit jedem Anwendungsfall wirtschaftlich angepaßt werden kann. Um die bei Akkumulatorenoder Batterieleuchten recht teuere Energie (Akkumulator etwa DM 20,—/kWh, Trockenbatterie etwa DM 150,—/kWh) sinnvoll auszunutzen, ist man bestrebt, einen Pulsgeber mit besonders hohem Wirkungsgrad zu verwenden. Bekannte Multivibratorschaltungen scheiden für diesen Anwendungsfall wegen ihres hohen Eigenverbrauches aus. Sämtliche bereits bekannten Multivibratoren mit symmetrischem Aufbau, d. h. beispielsweise mit 2 pnp-Transistoren oder 2 npn-Transistoren, besitzen einen erheblichen Eigenverbrauch, da immer einer der beiden Transistoren leitet. Somit tritt auch während der stromlosen Phase (Pulsphase) im Multivibrator ein Verbrauch auf und setzt den Wirkungsgrad der gesamten Anordnung stark herab.In the case of long-range lighting, the incandescent lamp is often connected to a pulse generator with complementary transistors Pulse voltage of higher frequency fed. The brightness can be adjusted by varying the Duty cycle of the pulse voltage through a circuit intervention in the electronic pulse generator achieved. A light with adjustable brightness can easily be used as a universal light, since the brightness can be adapted economically to any application. In order to avoid the accumulators or Battery lights are quite expensive energy (accumulator around DM 20, - / kWh, dry battery around DM 150, - / kWh), the aim is to use a pulse generator with a particularly high level of efficiency to use. Known multivibrator circuits are different for this application because of their high self-consumption. All known multivibrators with symmetrical Construction, d. H. for example with 2 pnp transistors or 2 npn transistors, have a considerable Own consumption, since one of the two transistors is always conducting. Thus occurs even during the currentless Phase (pulse phase) in the multivibrator a consumption and sets the efficiency of the entire Arrangement sharply down.

Daneben sind unsymmetrische Multivibratoren (npn-pnp-Aufbau) bekannt, die einen hervorragenden Wirkungsgrad besitzen. Der gute Wirkungsgrad dieser mit komplementären Transistoren aufgebauten Multivibratoren ist durch das Sperren beider Transistoren während der stromlosen Phase der Last bedingt Eine derartige Multivibralor-Schaltung, beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1068 756, wie sie ii. F i g. 1 dargestellt ist, findet schon seit Jahren wegen ihres guten Wirkungsgrades in Warn-Blinkleuchten als Blinkgeber Verwendung. Es ist jedoch ein großer Nachteil dieser Schaltung, daß sie prinzipiell nicht die Einstellung eines großen Tastverhältnisses (T =■· tpuis/tpuis + hause) gestattet. Es bereitet sogar schon Schwierigkeiten, z. B. ein Tastverhältnis von T = 0,5 zu realisieren, ohne daß dabei beide Transistoren stationär leiten (Aussetzen der Kippschwingung durch stationäre Sättigung von Tl, bedingt durch Steuerstrom über Widerstand 1). Der Bereich des Tastverhältnisses von 0,5 bis gegen 1, der gerade für eine stellbare Weitleuchte interessant bzw. für eine wirtschaftliche Ausführbarkeit einer solchen unbedingt erforderlich ist, ist mit dieser Schaltung prinzipiell nicht zu verwirklichen. Für eine Blinkleuchte gilt dann analog dazu, daß ein Hell-Dunkel-Verhältnis von 1:1 nicht ausführbar ist. Bei zu kleinem Tastverhältnis wird eine stellbare Weitleuchte dadurch unwirtschaftlich, daß bei einer vorgegebenen Glühlampenleistung der Momentanwert des Stromes während der stromführenden Phase sehr groß wird und dementsprechend ein besonders stromstarker Transistor gewählt werden muß, welcher neben den erhöhten Kosten dann auch wesentlich höhere Steuerverluste zur Folge hat.In addition, asymmetrical multivibrators (npn-pnp structure) are known, which have an excellent level of efficiency. The good efficiency of these multivibrators constructed with complementary transistors is due to the blocking of both transistors during the currentless phase of the load. F i g. 1 has been used for years as a flasher unit because of their high efficiency in warning flashing lights. However, it is a major disadvantage of this circuit that in principle it does not allow the setting of a large pulse duty factor (T = ■ · tpuis / tpuis + home) . It even causes difficulties, e.g. B. to realize a duty cycle of T = 0.5 without both transistors conducting stationary (suspension of the breakover oscillation due to stationary saturation of Tl, caused by the control current via resistor 1). The range of the pulse duty factor from 0.5 to around 1, which is of particular interest for an adjustable long-distance luminaire or is absolutely necessary for an economical feasibility of such, cannot in principle be achieved with this circuit. For a flashing light, it then applies analogously to this that a light-dark ratio of 1: 1 cannot be implemented. If the pulse duty factor is too small, an adjustable wide light becomes uneconomical because, for a given incandescent lamp power, the instantaneous value of the current during the current-carrying phase becomes very high and a particularly high-current transistor must be selected, which, in addition to the increased costs, also results in significantly higher control losses .

Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung_ ist die starke Lastabhängigkeit, welche sich durch Änderung des Tastverhältnisses bei Austausch der Glühlampe bzw. bei Verwendung eines Glühiampentyps anderer Leistung äußert.Another disadvantage of this circuit is the strong load dependency, which is caused by changing the Duty cycle when replacing the incandescent lamp or when using a type of incandescent lamp with a different power expresses.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung bekannt, bei de., wie F i g. 2 zeigt, die Schaltung gegenüber der F i g. 1 durch einen zusätzlichen Steuertransistor T3 ergänzt wird, der es gestattet, durch eine zusätzliche separate Verstellung der Pulspausenzeit (Widerstand 1) die Einstellung des Tastverhältnisses auch im Bereich von 0,5 bis gegen 1 vorzunehmen, ohne daß die Kippschwingung aussetzt. Dieser zusätzliche Transistor 73, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit dem Widerstand 1 zum Minus-Pol der Batterie hin eine Reihenschaltung bildet, ist dabei mit seiner Basis über einen Widerstand 6 mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden. Während der stromführenden Phase der Last ist nun der Transistor 73 gesperrt, da die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von Tl kleiner ist als die Basis-Emitter-Schwellspannung von 73. Hierdurch wird der Widerstandszweig mit dem Widerstand 1 hochohmig geschaltet bzw. gesperrt und somit ein stationäres Durchschalten des Transistors Tl mit dem damit verbundenen Aussetzen der Kippschwingung verhindert. Während der Pulspause (stromlose Phase der Last) liegt der Kollektor von Tl auf dem Potential des positiven Batteriepols, wodurch 73 über Widerstand 6 angesteuert leitet und die Umladung des Kondensators 3 über die Widerstände 1 und 2 (sowie 5) freigibt.Furthermore, a circuit arrangement is known in which, as shown in FIG. 2 shows the circuit in relation to FIG. 1 is supplemented by an additional control transistor T3 , which allows the duty cycle to be set in the range from 0.5 to around 1 by an additional separate adjustment of the pulse pause time (resistor 1) without the breakover oscillation being interrupted. This additional transistor 73, the collector-emitter path of which forms a series circuit with the resistor 1 towards the negative pole of the battery, is connected with its base via a resistor 6 to the collector of the transistor 2. During the current-carrying phase of the load, the transistor 73 is now blocked because the collector-emitter saturation voltage of Tl is lower than the base-emitter threshold voltage of 73. As a result, the resistor branch with the resistor 1 is switched to high resistance or blocked and thus on stationary switching through of the transistor Tl with the associated suspension of the breakover oscillation prevented. During the pulse pause (currentless phase of the load) the collector of Tl is at the potential of the positive battery pole, whereby 73 conducts controlled via resistor 6 and releases the charge reversal of capacitor 3 via resistors 1 and 2 (and 5).

Im Gegensatz zur Schaltung nach F i g. 1 ist hier nun von Nachteil, daß während der Pulspause (stromlose Phase der Last) nicht alle Transistoren der Schaltung gesperrt sind. Der dann leitende Transistor 73 verursacht einen zusätzlichen Verbrauch und setzt den Wirkungsgrad der Schaltung herab. Ein weiterer Nachteil ist die auch hier vorhandene starke Lastabhängigkeit der Schaltung. Die Lastunabhängigkeit könnte hier nur durch Erhöhung des schaltungstechnischen Aufwandes in Form eines weiteren komplementär nachgeschalteten Schalttransistors erreicht werden.In contrast to the circuit according to FIG. 1 is now a disadvantage here, that during the pulse pause (currentless Phase of the load) not all transistors in the circuit are blocked. The then conductive transistor 73 causes additional consumption and reduces the efficiency of the circuit. Another The disadvantage is that the circuit is heavily dependent on the load, which is also present here. The load independence could only be complementary here by increasing the complexity of the circuitry in the form of a further downstream switching transistor can be achieved.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen astabilen Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnis-Stellbereich, insbesondere für die Anwendung bei stellbaren Weitleuchten, zu schaffen, der die zuvor aufgeführten Nachteile der bekannten Ausführungsformen nicht aufweist. Er soll bei geringstem schaltungstechnischen Aufwand unabhängig vom Lastwiderstand arbeiten und sich durch einen möglichst hohen Wirkungsgrad, z. B. bedingt durch Stromlosigkeit aller Transistoren während der Pulspause, auszeichnen.The invention is therefore based on the object of providing an astable multivibrator with complementary Transistors and a large duty cycle setting range, especially for use with adjustable long-range lights, to create that does not have the disadvantages of the known embodiments listed above having. It should work independently of the load resistance with the least amount of circuitry and through the highest possible efficiency, z. B. due to the lack of current in all transistors during the pulse pause.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-This object is achieved according to the invention

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löst, daß der Anschwingwiderstand vom Emitter eines (Batterie). Wird gegen Ende der Umladung die Dasis-solves that the oscillation resistance from the emitter of a (battery). If, towards the end of the transhipment, the

der komplementären Transistoren abgetrennt und mit Emitter-Schwellspannung von Tl überschritten, sothe complementary transistors separated and exceeded with the emitter threshold voltage of Tl , so

dem Kollektor eines diesem Transistor komplementär wird erneut, wie vorweg beschrieben, der Kippvorgangthe collector of this transistor is complementary again, as previously described, the tilting process

nachgeschalteten weiteren Transistors verbunden ist eingeleitet.downstream further transistor connected is initiated.

und daß im Kollektorkreis dieses Transistors der 5 Ein stationäres Durchschalten "on Tl (Aussetzenand that in the collector circuit of this transistor the 5 A stationary through-connection "on Tl (suspension

Lastwiderstand angeordnet ist. der Kippschwingung) bei einem eingestellten großenLoad resistor is arranged. the tilting oscillation) with a set large

Im folgenden ist an Hand der F i g. 3 die Schaltung Tastverhältnis, wie es bei der Schaltung nach F i g. 1,In the following, on the basis of FIG. 3 the duty cycle circuit as it is in the circuit according to FIG. 1,

des erfindungsgemäßen Pulsgebers näher beschrieben bedingt durch die Anschaltung des Widerstandes 1of the pulse generator according to the invention described in more detail due to the connection of the resistor 1

und erläutert. an den Minus-Pol der Batterie, auftritt, kann hier alsoand explained. at the minus pole of the battery, can occur here

Wird der Geber an eine Batterie geschaltet, so wird io verhindert werden. Die mit dem Widerstand 1 durch-If the encoder is connected to a battery, OK will be prevented. The one with resistance 1

nach Überschreiten der Basis-Emitter-Schwellschal- geführte Schaltungsmaßnahme stellt somit eine zwangs-after exceeding the base-emitter threshold switch-led switching measure thus constitutes a compulsory

tung von 71 der Kippvorgang eingeleitet, da ein weise Verriegelung gegen das Aussetzen der Kipp-71 initiated the tipping process, as a wise lock against the suspension of the tipping

Steuerstrom von Minus-Pol (Batterie) über die Wider- schwingung durch stationäres Durchschalten derControl current from the minus pole (battery) via the oscillation through stationary switching through of the

stände 8 und 1 in die Basis von Tl fließt. Hierdurch Transistoren dar.stands 8 and 1 flowing into the base of Tl. This creates transistors.

beginnt Tl Kollektorstrom zu führen, der über den 15 Der technische Vorteil der Erfindung ist darin zubegins to lead Tl collector current, which over the 15 The technical advantage of the invention is in it

Ansteuerwiderstand 4 auch den Transistor Tl einen sehen, daß das Tastverhältnis des Gebers bis zuControl resistor 4 also see the transistor T1 that the pulse duty factor of the encoder is up to

Strom führen läßt. Das Kollektorpotential von Tl Werten von nahezu T=I einstellbar ist, wobei sichLets conduct electricity. The collector potential of Tl values of almost T = I can be set, whereby

wandert dadurch nach negativen Werten hin. Es gleichzeitig ein besonders guter Wirkungsgrad ergibt,thereby migrates towards negative values. At the same time it results in a particularly good degree of efficiency,

kommt zu einer Umladung des Kondensators 3 mit da während der Pulspause sämtliche Transistoren ge-there is a charge reversal of the capacitor 3 with since all transistors during the pulse pause

T₁ = C₃-Λ₂ über Plus-Pol (Batterie) - Tl (Basis- 20 sperrt sind und somit die gesamte Schaltung strom-T ₁ = C ₃ -Λ ₂ via positive pole (battery) - Tl (base 20 is blocked and thus the entire circuit is current-

Emitter-Strecke) - 2 - 3 - Tl (Kollektor-Emitter- los ist.Emitter path) - 2 - 3 - Tl (collector-emitter- is loose.

Strecke) - Minus-Pol (Batterie). Der Umladestrom Außerdem arbeitet der Geber lastunabhängig undRoute) - minus pole (battery). The recharging current In addition, the encoder works independently of the load and

entriegelt somit durch eine sprunghafte Vergrößerung zeichnet sich dabei durch einen geringen Aufwand anthus unlocked by a sudden increase in size is characterized by little effort

des Basisstromes von Tl die Transistoren Tl und Tl Bauteilen aus. Im Vergleich zu der Schaltung nachof the base current of Tl the transistors Tl and Tl components. Compared to the circuit after

sowie den komplementär nachgeschalteten Transistor 25 F i g. 2 können hier also der dort bei gewünschterand the complementary downstream transistor 25 F i g. 2 can be the one there at the desired one

TA. In den Kollektorkreis von TA ist der Lastwider- Lastunabhängigkeit erforderliche 4. Transistor sowie TA. In the collector circuit of TA the load resistance load independence is required 4th transistor as well

stand 8 geschaltet, dessen Variation in weiten Wider- die zugehörigen Kollektor- und Basiswiderstände ein-status 8 switched, the variation of which in wide resistances the associated collector and base resistances

standsgrenzen keine Änderung der elektrischen Puls- gespart werden.No change in the electrical pulse can be saved.

daten ergibt, da der Kippvorgang unabhängig von der Ein weiterer Vorteil gegenüber der bekanntendata results, since the tipping process is independent of the. Another advantage over the known

Sättigung von TA ist (Lastunabhängigkeit). 30 Schaltung nach F i g. 2 besteht darin, daß bei vor-Saturation of TA is (load independence). 30 circuit according to FIG. 2 consists in the fact that

Die Besonderheit dieses Gebers liegt nun darin, daß gegebenem Lastwiderstand die mit dem Konden-The peculiarity of this encoder is that given load resistance the

während der stromführenden Phase der Last (Last- sator 3 in Reihe liegenden Umladewiderstände 1 und 2during the live phase of the load (load transformer 3 in series recharging resistors 1 and 2

widerstand 8) über den Anschwingwiderstand 1 kein um den Faktor 100 ... 200 hochohmiger ausgeführtresistance 8) via the build-up resistance 1, none is designed with a high resistance by a factor of 100 ... 200

Steuerstrom in die Basis von Π fließen kann, da das werden können. Dies bedeutet aber, daß bei gleich-Control current can flow into the base of Π as that can be. But this means that with the same

Potential des Kollektors von TA, an den der Wider- 35 bleibenden Pulszeiten die Kapazität des KondensatorsPotential of the collector of TA, at which the remaining pulse times the capacitance of the capacitor

stand 1 geschaltet ist, positiver ist als das der Basis um den Faktor 100 ... 200 verringert werden kann,level 1 is switched, is more positive than that the base can be reduced by a factor of 100 ... 200,

von Π (Verriegelung gegen Aussetzen der Kipp- wodurch sich, bedingt durch die kleinere Bauform,from Π (locking against exposure of the tilting device, which, due to the smaller design,

schwingung). eine Kosteneinsparung ergibt.vibration). results in a cost saving.

Hat sich der Kondensator 3 so weit umgeladen, Ein bei meßtechnischen Untersuchungen der Grund-Has the capacitor 3 recharged so far that a metrological investigation of the basic

daß der Kollektorstrom von Tl den Transistor Tl 40 schaltung nach F i g. 1 festgestelltes Aussetzen derthat the collector current of Tl the transistor Tl 40 circuit according to F i g. 1 detected suspension of the

nicht mehr im Schaltbetrieb zu halten vermag, so Kippschwingung bei Erhöhung der Batteriespannungcan no longer hold in switching mode, so breakover oscillation when the battery voltage is increased

wird durch den Übergang von Tl vom Schaltbetrieb (bei vorgegebener Dimensionicrung) kann bei dieseris due to the transition of Tl from switching operation (with a given dimensioning) can with this

in den Verstärkerbeirieb der Rückkippvorgang aus- Schaltung ebenfalls prinzipiell nicht auftreten,in the amplifier operation, the tilting back process also does not occur in principle,

gelöst. Das Kollektorpotential von Tl wandert hierbei Wird die Schaltung als Taktgeber oder als Gebersolved. The collector potential of Tl migrates here. The circuit is used as a clock generator or as a generator

nach positiven Werten hin, wodurch der Umladestrom 45 für Warnblinkleuchten verwendet, so ist es gegenübertowards positive values, as a result of which the recharging current 45 is used for hazard warning lights, so it is opposite

über die Basis von Tl schnell verringert wird. Infolge- der Schaltung nach F i g. 1 möglich, die Takt- bzw.is rapidly decreased over the base of Tl. As a result of the circuit according to FIG. 1 possible, the clock or

dessen wird die Basis-Emitter-Schwellspannung von Blinkfrequenz bei konstanter Pulsd^uer in sehr weitenof this, the base-emitter threshold voltage of the flashing frequency with a constant pulse duration is very wide

Tl unterschritten, so daß schlagartig die Transistoren Grenzen zu verstellen. Die Einstellung eines HeIl- Tl fallen below, so that abruptly adjust the transistors limits. The hiring of a healing

Tl, Tl und TA gesperrt werden. Dunkel-Verhältnisses von 1:1 bei Blinkleuchten be- Tl, Tl and TA are blocked. Dark ratio of 1: 1 for flashing lights

Durch das Sperren von Tl wird dessen Kollektor- 50 reitet dabei keine Schwierigkeiten,By locking Tl , its collector is 50 riding no difficulties,

potential gleich dem positiven Batteriepotential, wo- Bei dem Geber können selbstverständlich sämtlichepotential is the same as the positive battery potential, with the encoder, of course, all

durch eine neuerliche Umladung von 3 eingeleitet Transistoren durch ihre Komplementär-Typen ersetztby a renewed reloading of 3 initiated transistors replaced by their complementary types

wird. Die Umladung von 3 erfolgt über den Stromweg: werden, wobei gleichzeitig die Batterie umgepoltwill. The recharging of 3 takes place via the current path: are, at the same time reversing the polarity of the battery

Plus-Pol (Batterie) -9-7-3-2-1-8- Minus-Pol werden muß.Plus pole (battery) -9-7-3-2-1-8- must be minus pole.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Astable multivibrator with complementary transistors and a large duty cycle adjustment range, in particular for adjustable long-range lights, characterized in that the oscillation resistance (1) separated from the emitter of one of the complementary transistors (72) and connected to the collector of this transistor (72) w complementarily downstream further transistor (74) is connected and that in the collector circuit this transistor (74) dsr load resistance (8) is arranged.

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