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Multivibrator Es sind bereits viele Multivibratoren bekannt, die
zwei steuerbare Halbleiterschalter aufweisen.
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Es ist üblich, derartige Multivibratoren mit zwei zeitbestimmenden
Gliedern auszustatten, um ein astabiles Verhalten zu erzeugen. Ein solches zeitbestimmendes
Glied enthält jeweils einen Kondensator und einen Widerstand.
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Ein Nachteil dieser Multivibratoren besteht darin, daß alle diese
verschiedenen Bestandteile der Zeitglieder abzugleichen sind, wenn man am Ausgang
solcher Multivibratoren eine Impulsfolge erzeugen will, deren Impulsdauer gleich
lang wie die Impulspausen sind.
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Es sind auch mehrfach Multivibratoren bekannt, welche eine Induktivität
und zwei steuerbare Halbleiterschalter aufweisen, wobei jeweils ein solcher Schalter
eine Schaltstrecke zwischen zwei Schaltstreckenanschlüssen enthält.
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Jeweils der erste Schaltstreckenanschluß eines solchen Halbleiterschalters
ist über einen Arbeitswiderstand an eine Betriebsspannung angeschlossen. Die Steuerelektrode
eines jeden Halbleiterschalters ist an den ersten Schaltstreckenanschluß des jeweils
anderen Halbleiterschalters angekoppelt. Solche Multivibratoren mit bistabilem Verhalten
sind z.B. in der DAS 1 135 044, in der DPS 1 134 710, in der DPS 1 138 099 und in
der DAS 1 070 225 angegeben.
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In diesen bekannten Multivibratoren sind jeweils mindestens zwei Induktivitäten
vorgesehen, -welche jeweils in Reihe zu den Schaltstrecken der Halbleiterschalter
eingefügt sind uns welche jeweils die Primärseite oder Sekundärseite
eines
Transformators bilden. Wegen der Ausbildung dieser Induktivitäten als Wicklung eines
Transformators erzeugen diese durch transformatorische Ankopplungen Rückwirkungen
auf die Halbleiterschalter.
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In der DAS 1 284 997 ist ein Multivibrator mit zwei sättigbaren Drosseln
und mit zwei steuerbaren, jeweils eine Schaltstrecke zwischen zwei Schaltstreckenanschlüssen
enthaltenden Halbleiterschaltern angegeben, wobei jeweils der erste Schaltstreckenanschluß
über einen Arbeitswiderstand an eine Betriebsspannung angeschlossen ist und wobei
jeweils die Steuerelektrode der Halbleiterschalter an den ersten Schaltstreckenanschluß
des Jeweils anderen Halbleiterschalters angekoppelt ist. Auch in der DPS 1 164 474
ist ein derartiger Multivibrator beschrieben, jedoch enthält er nur eine einzige
sättigbare Drossel, Beide zuletzt genannten Multivibratoren besitzen ein bistabiles
Verhalten und die sättigbare Drossel dient in Zusammenhang mit ihrer Remanenz dazu,
den Speicherzustand des bistabilen Multivibrators bei Ausfall der Betriebsspannung
zu speichern, so daßder bistabile Multivlbrator nach Wiederkehr der Betriebsspannung
den gleichen Speicherzustand einnimmt, welchen er vor dem Ausfall der Betriebsspannung
aufwies.
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Diese beiden Multivibratoren weisen also offensichtlich kein astabiles
Verhalten auf und sie dienen offensichtlich nicht der Aufgabe, durch Selbsterregung
Impulsfolgen zu erzeugen.
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Der erfindungsgemäße Multivibrator ist ebenfalls mit einer sättigbaren
Drossel und mit zwei steuerbaren, jeweils eine Schaltstrecke zwischen zwei Scha1tstreckenanschlussen
enthaltenden Halbleiterschaltern ausgestattet, wobei Jeweils der erste Schaltstreckenanschluß
über einen Arbeltswiderstand an -eine Betriebsspannung angeschlossen ist und wobei
jeweils die Steuerelektrode der Halbleiterschalter an den ersten Schaltstreckenanschluß
des aeweils anderen M
leiterschalters angekoppelt ist. Der Gegenstand
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines astabilen Verhaltens
die ersten Schaltstreckenanschlüsse über eine Wicklung der Drossel derart miteinehder
verbunden sind, daß wegen einer zwischen diesen Anschlüssen auftretenden, die Drossel
ummagnetisierenden Drosselspannung der einen Polarität ein gegenüber dieser Drosselspannung
zeitlich verzögerter, nämlich nach der Ummagnetisierung durch die Drosselwicklung
fliessender Stromstoß über die an diese Anschlüsse jeweils angedoppelten Steuerelektroden
ein Kippen des Zustandes des Multivibrators und damit eine die Drossel erneut ummagnetisierende
Drosselspannung der anderen Polarität zwischen den ersten Schaltstreckenanschlüssen
auslöst.
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Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Multivibrator im Vergleich
zu den bekannten astabilen Mùltivibratoren leichter abzugleichen, um Impulsfolgen
zu erzeugen, deren Impulsdauern gleich den Pausendauern ist. Der erfindungsgemäße
Multivibrator enthält ja nur eine einzige Reaktanz statt der zwei Reaktanzen der
bekannten Multivibratoren.
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Außerdem erübrigt sich häufig ein Abgleich der Arbeitswiderstände.
Aus dem gleichen Grunde erzeugt der erfindungsgemäße Multivibrator vorteilhafterweise
auch über besonders große Zeitspannen Impulsfolgen der angegebenen Art, da eine
Alterung der Drossel keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Gleichheit von Impulsdauer
und Pausendauer besitzt. Bei den bekannten vergleichbaren astabilen Multivibratoren
bewirkt jedoch eine Alterung der in den zeitbestimmenden Gliedern vorgesehenen Kondensatoren
und Widerstände eine. allmählich wachsende Abweichung zwischen Impulsdauer und Pausendauer.
Die Frequenz der vom erfindungsgemäßen Multivibrator erzeugten Impulsfolge ist außerdem
leicht einstellbar, wie noch gezeigt werden wird.
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Vorteilhafterweise eignet sich aber der erfindungsgemäße Multivibrator
daneben auch zur Erzeugung von Impulsfolgen, bei denen die Impulsdauer von der Pausendauer
abweicht. Auch zur Erzeugung einer derartigen Impulsfolge genügt es an sich, keine
weitere zeitbestimmende Reaktant als nur die bereits vorgesehene sättigbare Drossel
vorzusehen. Es ist nämlich bereits durch eine entsprechend unsymmetrischen Aufbau
und/oder Dimensionierung des Multivibrators erreichbar, daß eine solche Impulsfolge
mit besonders großer zeitlicher Konstanz erzeugt wird, wie noch erläutert werden
wird.
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Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In der Figur ist ein Multivibrator mit einer sättigbaren Drossel D
gezeigt. Die zwei steuerbaren Halbleiterschalter T1, T2 enthalten jeweils eine Schaltstrecke
zwischen zwei Schaltstreckenanschlüssen, wobei jeweils der erste Schaltstreckenanschluß
1 bzw. 2 über einen Arbeitswiderstand R1 bzw. R2 jeweils an eine Betriebsspannung
B angeschlossen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabeijeder Arbeitswiderstand
an die gleiche Batterie B angeschlossen. Die Steuerelektr6de der Halbleiterschalter
Tal, T2 ist an den ersten Schaltstreckenanschluß 2, 1 des jeweils anderen Halbleiterschalters
über Kopplungswiderstände R3, R4 angeschlossen. Die Steuerelektroden sind ausserdem
über Vorspannungswiderstände R5, R6 mit den bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenen
Vorspannungequellen verbunden. Zunächst sei angenommen, daß die Vorwiderstände Rv1,
Rv2 nicht eingefügt seien.
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Zur Erzeugung eines astabilen Verhaltens ist die Drossel D hier direkt
zwischen die beiden ersten Schaltetreckenanschlüsse 1, 2 eingefügt-. Hierdurch sind
die ersten Schaltstreckenanschlüsse
1, 2 über eine Wicklung dieser
Drossel D derart miteinander verbunden, daß wegen einer zwischen diesen Anschlüssen
1, 2 auftretenden, die Drossel D ummagnetislerenden Drosseispannung der einen Polarität
ein gegenüber dieser Drosselspannung zeitlich verzögerter, nämlich erst nach der
Ummagnetisierung durch die Drosselwicklung fliessender Stromstoß auftritt. Sobald
dieser Stromstoß auftritt, ist die Drossel D gesättigt und sie weist für den durch
sie fliessenden Stromstoß praktisch keinen Widerstand auf. Vor dem Auftreten des
Stromstosses, also während der Ummagnetisierung, weist jedoch die Drossel D für
die zwischen den ersten Anschlüssen 1, 2 auftretende Drosselspannung einen sehr
hohen Widerstand auf.
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Dieser Wechsel des Widerstandes der Drossel D wird bei dem erfindungsgemäßen
Multivibrator zur Erzeugung eines astabilen Verhaltens ausgenutzt. Mit anderen Worten
wird also bei der erfindungsgemäßen Torschaltung die zeitliche Verzögerung des durch
die Drossel D fliessenden Stromstosses nach Auftreten einer Drosselspannung ausgenutzt.
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Dieser verzögerte Stromstoß löst nämlich über die an die Anschlüsse
1, 2 jeweils angekoppelten Steuerelektroden ein Kippen des Zustandes des Multivibrators
aus und das Kippen dieses Zustandes löst seinerseits eine die Drossel erneut ummagnetisierende
Drosselspannung der anderen Polarität zwischen den Schaltstreckenanschlüssen 1,
2 aus. Zwischen den Schaltstreckenanschlüssen 1, 2 tritt also zeitweise eine Drosselspannung
der einen Polarität, dann ein Stromstoß entsprechender Polarität, schliesslich eine
Drosselspannung der entgegengesetzten Polarität und zum Schluß ein von dieser Drosselspannung
der entgegengesetzten Polarität erzeugter, verzögerter Stromstoß der entgegengesetzten
Polarität auf.
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Wie unten noch erläutert werden wird, ist im allgemeinen höchstens
ein Abgleich dekor Arbeitswiderstände R1, R2 notwendig, damit dieser Multivibrator
eine Impulsfolge erzeugt, deren Impulsdauer gleich der Pausendauer ist. Wie unten
erläutert werden wird, ist bei bestimmter Dimensionierung der Arbeitswiderstände
R1, R2 sogar überhaupt kein Abgleich dieser beiden Arbeitswiderstände notwendig,
damit der erfindungsgemäße Multivibrator eine Impulsfolge erzeugt, deren Impulsdauern
gleich den Pausendauern ist.
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Insbesondere dadurch, daß man den Betrag der Drosselspannung der einen
Polung gleich-groß wie den Betrag der Drosselspannung der anderen Polung macht,
indem man also z.B. einen symmetrischen Aufbau und eine symmetrische Dimensionierung
des erfindungsgemaßen Multivibrators wählt, wird erreicht, daß die vom Multivibrator
abgegebene Impulsfolge gleiche Impulsdauer und Pausendauer aufweist.
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Man kann nun auch den Widerstandswert der Arbeitswiderstände R1, R2
so dimensionieren, daß während der Ummagnetisierung dieser Widerstandswert stets
klein gegen den während der Ummagnetisierung vorhandenen Widerstandswert der Drossel
ist. Der Widerstandswert der Drossel ist dabei definiert durch den Quotienten von
der Drosselspannung zu dem durch die Drossel während der Ummagnetisierung fliessenden
Wicklungsstrom. Anhand der Figur erkennt man nämlich, daß bei einer derartigen Dimensionierung
der Arbeitswiderstände R1, R2 der Betrag der Drosselspannung praktisch gleich groB
dem Betrag der Betriebsspannung B ist, wie im folgenden erläutert wird.
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Während der Ummagnetisierung ist einer der beiden Halbleiterschalter
1 bzw. T2 leitend, während der andere Halbleiterschalter gleichzeitig nichtleitend
ist0 Daher fließt über den leitenden der beiden Halbleiterschalter T1 bzw. T2 ein
Strom, dessen Betrag einerseits düren den
Wert des zum leitenden
Halbleiterschalter gehörenden Arbeitswiderstandes R1 bzw. R2, andererseits durch
den momentanen Widerstandswert der Drossel D bestimmt ist.
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Da der Widerstandswert der Arbeitswiderstände aber in diesem Ausfffhrungsbeispiel
sehr klein gegen den momentanen Widerstandswert der Drossel ist, bestimmt letzten
Endes während der Ummagnetisierung praktisch nur der zum leitenden Halbleiterschalter
gehörende Arbeitswiderstand R1 bzw. R2 die Größe des durch den Halbleiterschalter
fliessenden Stromes. Über diesen den Strom bestimmenden Widerstand liegt also nahezu
die gesamte Batteriespannung B, da der Spannungsabfall über den leitenden Halbleiterschalter
T1 bzw. T2 vernachlässigbar klein ist. Daher ist auch der Betrag der Drosselspannung
währerd der Ummagnetisierung praktisch gleich dem Betrag der Betriebsspannung B.
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Nach der Ummagnetisierung, also beim Auftreten des Stromstoßes, ist
jedoch der momentane Widerstandswert der Drossel D verschwindend klein, so daß zu
diesem Zeitpunkt im wesentlichen nur die Parallelschaltung der beiden Arbeitswiderstände
R1, R2 den durch den leitenden Halbleiterschalter fliessenden Strom bestimmt. Wegen
des durch die Drossel D hier auftretenden Stromstosses bzw.
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wegen des momentanen Verschwindens der Drosselspannung wird über einen
der beiden Kopplungswiderstände R3 bzw. R4 der Disher nichtleitende Halbleiterschalter
in seinen leitenden Zustand gesteuert und wegen der Eigeninduktivität der Drossel
D wird andererseits der bisher leitende Halbleiterschalter in den sperrenden Zustand
gesteuert. Wegen des 80 erfolgten Kippens des Zustandes des Multivibrators entsteht
schliesslich über der Drossel D wieder eine Drosselßpannung, nun aber mit entgegengesetzter
Polarität, wobei der Betrag der Drosselspannung wiederum praktisch gleich groß dem
Betrag der Batteriespannung B ist.
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Man erkennt, daß also der Betrag der Drosselspannung der einen Polung
hier praktischgleich groß dem Betrag der Drosselspannung der anderen Polung ist,
weswegen bei einer derartigen Dimensionierung der Arbeitswiderstände die vom erfindungsgemässen
Multivibrator abgegebene Impulsfolge gleiche Impulsdauern und Pausendauern aufweist,
und zwar ohne vorher dieArbeitswiderstände R1, R2 auf exakte Werte abgleichen zu
müssen. Der erfindungsgemässe Multivibrator erzeugt also mit ausserordentlich hoher
Stabilität und besonders geringem Aufwand derartige lmpulsfolgen und selbst Alterungen
seiner Bauteile haben praktisch keinen Einfluß auf die Exaktheit der erzeugten Impulsfolge.
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Der Betrag der Drosselspannung sowie die Dimensionierung der Drossel
D bestimmt jeweils die Frequenz der erzeugten Impulsfolge. Durch Regelung der über
der Drossel während der Ummagnetisierung auftretenden Drosselspannung bzw.
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also durch Regelung des Betrages der Betriebsspannung B kann demnach
die Frequenz der vom Multivibrator erzeugten Impulsfolge nach Bedarf geregelt werden.
Vorteilhafterweise kann als durch Regelung der Betriebsspannung B auf besonders
unkomplizierte Weise die Frequenz der Impulsfolge nach Bedarf geregelt werden.
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Zur Regelung der Betriebsepannung kann insbesofldere einer oder mehrere
Vorwiderstände vorgesehen sein, z.-B. ein zwischen den Arbeitswiderständen Rl, R2
und der Betriebsspannung B liegender Arbeitsvorwiderstand. Es kann jedoch auch zwischen
dem ersten Schaltstreckenanschluß 1 bzw. 2 und den daran angeschlossenen Arbeitswiderstand
R1 bzw. R2 und der Drossel D ein Vorwiderstand Rvl bzw. Rv2 eingefügt sein. Solange
die Schaltungsanordnung hinsichtllch solcher Vorwiderstände bzw. deren Dimensionierung
symmetrisch ist, wird von einem derartigen Multivibrator weiterhin eine Impulsfolge
erzeugt, dessen Impulsdauern gleich den Pausendauern
sind. Insbesondere
aber durch unsymmetrische Dimensionierung der genannten Vorwiderstände Rv1, Rv2
und/oder einer unsymmetrischen Dimensionierung der Arbeitswiderstände Ri, R2 kann
bei dieser Ausgestaltung erreicht werden, daß der Betrag der Drosselspannung der
einen Polarität'ungleich dem Betrag der Drosselspannung der anderen Polarität wird.
Eine Ungleichheit dieser Drosselspannungen kann auch dadurch bewirkt werden, daß
die Arbeitswiderstände R1, R2 jeweils an eine eigene, evtl. regelbare Betriebsspannung
statt an die in der Figur gezeigte gemeinsame Betriebsspannung B angeschlossen werden.
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Dadurch, daß während den Ummagnetisierungsdauern der Betrag der Drosselspannung
der einen Polarität ungleich dem Betrag der Drosselspannung der anderen Polarität
ist, wird erreicht, daß das Kippen des Multivibrators.vom ersten Zustand in den-anderen
Zustand mit einer anderen Zeitkonstante als das Kippen von diesem anderen Zustand
zurück in den ersten Zustand erfolgt. Dadurch, daß man die Beträge der Drosselspannungen
beider Polungen verschieden macht, erzeugt also der erfindungsgemäße Multivibrator
eine Impulsfolge, deren Impulsdauern vorteilhafterweise ungleich den Pausendauern
ist. Insbesondere durch Regelung eines Vorwiderstandes und/oder Arbeitswiderstandes
und/oder der Spannung einer von zwei vorgesehenen, jeweils mit einem Arbeitswiderstand
individuell verbundenen Betriebsspannung kann man also nach Bedarf das Verhältnis
von Impulsdauer zu Pausendauer einstellen.
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Vorteilhafterweise ist demnach ferner durch Regelung der Betriebsspannung
B bzw, der verschiedenen Betriebsspannungen bzw. durch eine entsprechende Regelung
der Beträge der während der Ummagnetisierung auftretenden Drosselspannungen auch
dann die Frequenz'der erzeugten Impulsfolgetnach Bedarf praktisch beliebig wählbar,
wenn die erzeugte Impulsfolge,
wie angegeben, ungleiche Impulsdauern
und Pausendauern aufweisen.
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Dadurch, daß in die Ankopplungen der Steuerelektroden die Dioden D1,
D2 eingefügt sind, wird vorteilhafterweise eine in manchen Fällen sonst auftretende-Zerstörung
der Halbleiterschalter durch bei der Ummagnetisierung der Drossel D auftretende,
steile Spannungssprünge vermieden.
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Wenn man die Drossel mit einer rechteckförmigen Hysterese ausstattet,
insbesondere wenn man eine Ferritkern-Drossel vorsieht, ist der Wechsel zwischen
dem während der Ummagnetisierung auftretenden momentanen Drosselwiderstand und dem
bei Sättigung auftretenden, verschwindend kleinen Drosselwiderstand besonders kraß.
Drosseln mit rechteckförmiger Hysterese erzeugen wegen der Kraßheit dieses Widerstandswechsels
mit besonderer Präzision Impulsfolgen mit vorgegebenen Impulsdauer-Pausendauer-Verhältnis.
Bei einem krassen Widerstandswechsel der Drossel D wird nämlich mit besonderer Sicherheit
das rasche Kippen des Multivibratorzustands ausgelöst. Die Halbleiterschalter können
dabei jeweils Transistoren sein, deren Basisanschlüsse die Steuerelektroden und
deren Kollektoren die ersten Schaltstreckenanschlüsse bilden. Vorteilhafterweise
kann also die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung auch mit den allgemein üblichen
Halbleiterschalter-Transistoren ausgestattet werden.
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10 Patentansprüche 1 Figur