DE2011378C3 - Astabiler Multivibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen astabilen Multivibrator mit zwei Inverterstufen und mit nur einem ÄC-Glied als zeitbestimmendem Glied, bei dem der Kondensator des ÄC-Gliedes zwischen dem Eingang der ersten und dem Ausgang der zweiten Inverterstufe angeordnet ist und bei dem durch Änderung der Kapazität des Kondensators des /?C-Gliedes die Frequenz der Ausgangsimpulse geändert wird.

Astabile Multivibratoren werden meistens symmetrisch aufgebaut, d. h., sie enthalten zwei gleiche fiC-Glieder, durch die die Periodendauer der Aus- ⁶S gangsimpulse bestimmt wird. Die beiden /?C-GIieder können zwischen Inverterstufen angeordnet sein. Ein Nachteil dieser symmetrischen astabilen Multivibratoren liegt darin, daß sie für hohe Frequenzen nicht geeignet sind, da dann parasitäre Oszillationen auf-

^r Es sind auch bereits astabile Multivibratoren bekanntgeworden, die nur ein RC-GWta als zeitbestimmendes Glied verwenden, die also unsymmetrisch aufgebaut sind. Dabei wird die Periodendauer der Ausgangsimpulse durch die Auf- und Entladung ein und desselben Kondensators über zwei verschiedene Strompfade bestimmt. Die Realisierung dieser bekannten Schaltungen erfolgte bislang entweder durch eine npn-pnp-Transistorkombination oder durch zwei Transistoren, deren Emitter mit dem Abstimmkondensator des ÄC-Gliedes gekoppelt sind. Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungen liegt darin, daß sie nicht für den Aufbau mit integrierten Verknüpfungsbausteinen geeignet sind. Bei den integrierten Verknüpfungsbausteinen sind nämlich die Emitter der Eingangstransistoren in der Regel nicht von außen zugänglich, so daß eine Steuerung der Transistoren durch die Umladevorgänge des Kondensators des ÄC-Gliedes vom Emitter her nicht möglich

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen unsymmetrischen astabilen Multivibrator anzugeben, der für den Aufbau mit integrierten Gatterbausteinen geeignet ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an den Ausgang der ersten Inverterstufe der eine Anschluß einer Diode angeschlossen ist, deren anderer Anschluß einerseits über einen ersten Widerstand mit dem Eingang der ersten Inverterstufe, andererseits über einen zweiten Widerstand mit dem Eingang der zweiten Inverterstufe verbunden ist, daß die Diode so gepolt ist, daß sie nur in Richtung vom Ausgang zum Eingang der ersten Inverterstufe durchlässig ist, und daß der Eingang der zweiten Inverterstufe über einen zweiten Kondensator mit dem Ausgang der ersten Inverterstufe verbunden ist.

Als Inverterstufe können integrierte Verknüpfungsbausteine, z. B. NOR-Glieder, verwendet werden. Die Diode wird als Schalter verwendet. Sie ermöglicht es, die Auf- und Entladung des ersten Kondensators zur zeitlichen Bestimmung beider Schaltzustände des astabilen Multivibrators auszunutzen.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird an Hand von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau des astabilen Multivibrators mit diskreten Bauteilen,

Fig. 2 den Aufbau des astabilen Multivibrators unter Verwendung von integrierten Verknüpfungsbausteinen.

In Fig. 1 besteht eine erste Inverterstufe aus Transistoren Tl und T3, eine zweite Inverterstufe aus Transistoren Tl und T4. Die Transistoren 71 und 72 werden in Emitterschaltung betrieben, die Transistoren 73 und 74 als Emitterfolger. Der Kollektor des Transistors 71 bzw. 72 ist mit der Basis der Transistoren 72 bzw. 74 verbunden, die Emitter der Transistoren 71 und 72 liegen an einem festen Potential VE. Der Transistor 73 bzw. 74 ist mit seiner Basis über einen Widerstand R 3 bzw. R 4, mit seinem Kollektor direkt an ein weiteres festes Potential GD angeschlossen. Wird der Transistor 71 bzw. 72 leitend gesteuert, dann wird der Transistor 73 bzw. 74 in den Sperrzustand überführt, am Ausgang der Emitterfolger (an dem Emitter des

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Transistors 73 bzw. 7 4) wird dann ein zum Eingangssignal an den Basen der Transistoren 71 bzw. TI negiertes Signal abgenommen.

An den Emitter des Transistors 73 ist eine Diode Dl angeschlossen, deren a-derer Anschlußpunkt (Punkt A) einerseits über einen ersten Widerstand Rl mit der Basis des Transistors 71, andererseits über einen zweiten Widerstand R 2 .-nit de. Basis des Transistors 72 verbunden ist. Die Basis des Transistors 71 ist über einen ersten Kondensator Cl, der in seiner Kapazität veränderlich ist, an den Emitterfolger 74 angeschlossen. Der Anschlußpunkt liegt zwischen zwei Widerständen Rl, RS, die den Emitterwiderstand des Emitterfolgers bilden. Die Basis des Transistors Tl ist über einen zweiten Konden- $ator Cl mit dem Emitterfolger 73 verbunden. Hier liegt der Anschlußpunkt zwischen zwei Widerständen R S und R 6, die den Emitterwidt_rstand des Transistorfolgers T3 bilden, im Ausführungsbeispie! ist das erste feste Potential VE ein negatives Potential. z. B. 5 Volt, das zweite feste Potential GD null Potential.

Zunächst sei der Transistor 72 leitend und der Transistor 71 gesperrt. An der Basis des Transistors 71 liegt dann eine negative Spannung, der Kollektor des Transistors 71 und damit die Basis des Transistors 73 haben ein positives Potential. Deshalb ist der Transistor 73 und die Diode Dl leitend gesteuert. Der Basisstrom des Transistors 72 wird über den Transistor 73, die Diode Dl und den Widerstand R 2 aufrechterhalten. Dabei ist die Spannung am Punkt A konstant. Dieser Schaltungszustand bleibt so lange erhalten, wie der Transistor 71 gesperrt ist.

Vom Punkt A aus wird der Kondensator Cl so lange aufgeladen, bis die Basis-Emitterstrecke des Transistors 71 aufgesteuert wird. Das Kollektorpotential des Transistors 71 und damit das Basispotential des Transistors 73 sinken ab. Der Strom über die Emitterwiderstände des Transistors 73 und der Basisstrom des Transistors 72 nehmen ab. Dabei wird auf die Basis des Transistors 72 über den Kondensator C2 ein negativer Spannungssprung übertragen. Das Kollektorpotential des Transistors 72 steigt an und steuert den Transistor 74 leitend. Durch den Spannungsteiler K7, Λ8 am Emitter des Transistors 74 wird ein positiver Spannungssprung über den Kondensator Cl auf die Basis des Transistors 71 übertragen, der den Transistor 71 zusätzlich leitend steuert. Die Diode D1 ist dann gesperrt. Die positive Ladung an der Basis des Transistors 71 wird in zweifacher Weise abgeleitet, als Basisstrom des Transistors 71 und als Entladestrom über die Widerstände R1, R 2 zur Aufladung des Kondensators C 2.

Dieser Schaltzustand bleibt so lange erhalten, bis das Basis-Emitterpotential des Transistors 71 zur Aufrechterhaltung des Basisstromes nicht mehr ausreicht, der Transistor 71 dann sperrt und der Transistor 73 aufgesteuert wird. Ebenso wird der Transistor 72 über die Diode Dl und den Widerstand R 2 sowie über den Spannungsteiler R 5. R 6 und den Kondensator C2 leitend gesteuert. Der Transistor 74 wird gesperrt und über den Spannungsteiler Rl, R8 und den Kondensator Cl wird die Basis des Transistors 71 negativ aufgeladen und damit der Transistor 71 völlig gesperrt.

Die Dauer des ersten Abschnittes der Periodendauer der Ausgangsimpulse ist im wesentlichen durch die Größe der Kapazität d>»s Kondensators Cl und die Stärke des Basissiromes des Transistors 71 bestimmt, die des anderen Abschnittes der Perioden-Gauer durch die Größe der Kapazität des Kondensators Cl und des Widerstandes Al. Das Tastverhältnis kann somit durch die Wahl des Widerstandes Rl und die Basisstromsiärke des Transistors 71 festgelegt werden. Frequenzänderungen werden dabei allein durch Abstimmen des Kondensators Cl vorgenommen.

Die Diode wird als Schalter verwendet. Für den Fall, daß der Transistor 71 leitet, ist sie gesperrt. Dadurch wird verhindert, daß eine Versorgungsspannungsquelle (VE) den Ladezustand des Kondensators Cl beeinflußt. Die Zeit, während derer der Transistor 71 leitet, wird somit allein von dem Kondensator Cl festgelegt.

F i g. 2 zeigt den Aufbau mit Hilfe von integrierten Verknüpfungsbausteinen. Die Inverterstufen bestehen hier aus den NOR-Gliedern Gl und Gl. Das NOR-Glied G2 (entspricht den Transistoren 71. 73 der Fig. 1) ist mit seinem Ausgang 6 über die Diode D 1. den ersten Widerstand R 1 mit seinem Eingang 5 verbunden. Die Diode Dl ist weiterhin über den zweiten Widerstand Rl an den Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl angeschlossen. Zwischen dem Ausgangs des NOR-Gliedes Gl und dem Eingang 5 des NO"R-Gliedes G2 liegt der Kondensator Cl. Außerdem ist der Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl über den zweiten Kondensator C2 mit dem Ausgang 6 des NOR-Gliedes G 2 verbunden. Ein weiterer Eingang des NOR-Gliedes G 2 kann als Tasteingang verwendet werden.

Bei der Beschreibung der Funktion der Schaltung nach Fig. 2 wird höheres Potential als VH. niedriges Potential als VL bezeichnet.

Zunächst habe der Eingang 5 des NOR-Gliedes G 2 das Potential VL, dann liegt der NOR-Ausgang6 des NOR-Gliedes G 2 auf VH. Der Kondensator C 2 koppelt dieses Potential VH an den Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl. Das Potential VH am Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl wird gestützt durch die leitende Diode Dl, die andererseits über den Widerstand Rl den Kondensator Cl auflädt und den Eingang 5 des NOR-Gliedes G 2 nach VH anhebt. Dadurch nähert sich das Potential des Ausgangs 6 des NOR-Gliedes G 2 dem Wert VL, was wiederum durch den Kondensator C2 zum Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl übertragen wird. Dadurch geht das Potential des NOR-Ausgangs 8 des NOR-Gliedes G1 nach VH. In diesem Zustand ist die Diode D1 gesperrt, so daß das Potential VH am Eingang 5 des NOR-Gliedes G 2 allein durch die Ladung des Kondensators Cl aufrechterhalten wird, d. h., mit dem Abfließen dieser Ladung durch die Widerstände R 1, Rl nach dem Eingang 9 des NOR-Gliedes Gl und zur Versorgung des Eingangsstromes des NOR-Gliedes G2 nähert sich das Potential an diesem Verknüpfungseingang 5 wieder dem Wert VL.

Der zweite Eingang des NOR-Gliedes G 2 wird zur Tastung des astabilen Multivibrators verwendet. Legt man nämlich dort das Potential VH an, so liegt der NOR-Ausgang 6 immer auf VL, und die Diode D 1 ist in dieser Zeit gesperrt.

Zur Impulsausgabe kann zweckinäßigerweise der OR-Ausgang des NOR-Gliedes Gl verwendet werden.

Der erfindungsgemäße astabile Multivibrator hat

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unter anderem folgende Vorteile: Kurze Periodendauer der Ausgangsimpulse. Das wird einerseits durch den asymmetrischen Aufbau erreicht, andererseits dadurch, daß der niederohmige Strompiad über die Basis-Emitts-rdiodc des Transistors 71 die Verwendung von sehr kleinen Kondensatoren Cl ermöglicht. Die Periodcndauer ist in weiten Grenzen veränderbar; die Ausgangsimpulse sind durch eine kurze Anstiegszeit gekennzeichnet. Der astabile Multivibrator kann mit Hilfe von integrierten Verknüpfungsbausteinen aufgebaut werden. Werden dabei z. B. HCL-Glieder verwendet, dann ist der astabile Multivibrator ECL-kompatibcl. Das heißt, der astabilc Multivibrator kann in Schaltungen, die mit der integrierten ECL-Sichaltkreistechnik aufgebaut sind, verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Astabiler Multivibrator mit zwei Inverterstufen und nur einem RC-Glied als zeitbestimmendem Glied, bei dem der Kondensator des ÄC-Gliedes zwischen dem Eingang der ersten und dem Ausgang der zweiten Inverterstufc angeordnet ist und bei dem durch Änderung der Kapazität des Kondensators des ÜC-Gliedes die Frequenz der Ausgangsimpulse geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der ersten Inverterstufe der eine Anschluß einer Diode (D 1) angeschlossen ist, deren anderer Anschluß einerseits über einen ersten Widerstand (Rl) mit dem Eingang der ersten Invertersiufe, andererseits über einen zweiten Widerstand (R2) mit dem Eingang der zweiten Inverterstufe verbunden ist, daß die Diode (Dl) so gepolt ist, daß sie nur in Richtung vom Ausgang zum Eingang der ersten Inverterstufe durch- *> lässig ist, und daß der Eingang der zweiten Inverterstufe über einen zweiten Kondensator (C 2) mit dem Ausgang der ersten Inverterstufe verbunden ist.

2. Astabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterstufen jeweils aus zwei Transistoren (71, 73 bzw. 72, T 4) des gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut sind, von denen der erste in Emitterschaltung, der zweite in Kollektorschaltung arbeitet, daß der Kollektor des ersten Transistors (71 bzw. 72) mit der Basis des zweiten Transistors (73 bzw. T 4) verbunden ist, daß der zweite Transistor (T 3 bzw. Γ4) mit seiner Basis über einen Widerstand mit seinem Kollektor direkt an ein festes Potential (GD) angeschlossen is,t und daß der Emitter des ersten Transistors (Tl bzw. 72) direkt, der Emitter des zweiten Transistors (73 bzw. TA) über einen Widerstand mit einem festen Potential (VE) verbunden ist.

3. Astabiler Multivibrator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterstufen aus NOR-Gliedern (Gl, G 2) bestehen.

4. Astabiler Multivibrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Eingang des einen NOR-Gliedes (G 2) als Tasteingang verwendet wird.