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Impulsgenerator Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator fUr
die Verwendung in der Digitaltechnik, bestehend im wesentlichen aus einer kristallstabilisierten
Schaltung mit einem symmetrisch getasteten Schwellwertschalter als Holbleiterschaltglied,
vorzugsweise einem NAND-Baustein und Stabilisierung der Frequenz der Impulsfolge
am Ausgang durch einen piezoelektrischen Keramikschwinger nach Patentonmeldung P
17 62 471.4.
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Der Erfindung gemäß der Hauptanmeldung P 17 62 471.4 liegt die Aufgabe
zugrunde, einen frequenzstabilisierten Impulsgenerator fUr die Verwendung in der
Digitaltechnik zu schaffen, der möglichst billig zur Verfugung steht und bei dem
der schaltungstechnische Aufwand möglichst gering ist.
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Gemäß der Hauptanmeldung P 17 62 471.4 wird dies durch die Verwendung
eines piezoelektrischen Keramik-Schwingers erreicht, der wesentlich billiger als
ein Quarzschwinger ist und bei dem außerdem der Schaltungsaufwand fUr die Anpassung
an die Generatorschaltung wesentlich geringer ist, der aber andererseits in vielen
Anwendungsftlllen in der Digitoltechnik, insbesondere bei Buraorganisationsmaschinen,
bezüglich Frequenz und Temperatur-Stabilisierung des Generators vollkommen ausreicht.
Hinzu kommt hierbei die zunächst Überraschende Tatsache, daß bei der Anwendung von
Keramikschwingern in der Digitaltechnik in der beschriebenen Art die in Bezug auf
Quarz geringere Güte desselben sogar gewisse Vorteile mit sich bringt, da der Keramikschwinger
eben deswegen wesentlich weniger Oberschwingungen aufweist als der Quarzschwinger.
Solche Oberschwingungen verursachen aber induktive Störungen in benachbarten Scheltungsteilen,
wodurch wiederum Störungen des ganzen Arbeitsablaufes der Maschine auftreten können.
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Nach der Hauptanmeldung wird ein derartiger Keramikschwinger in Verbindung
mit einem symmetrisch getakteten Schwellwert-Schalter, vorzugsweise, aber nicht
gusschlie3lich einem NAND-Bauitcin, der vorteilhafterweise in Form eines monolithisch
integrierten Halbleiterschaltgliedes Verwendung findet, zur Stabilisierung der Frequenz
der Impulsfolge
am Ausgang der Generatorschaltung herangezogen.
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Die Schaltung ist dabei gemäß der Hauptanmeldung P 17 62 471.4 derort
ausgebildet, don der hierdurch gegebene Impulsgenerator durch einen Einzelimpuls,
der als Anschwingimpuls an den Eingang des NAND-Gatters angelegt wird, zum Schwingen
gebracht wird. Ein derartiger Impulsgenerator kann in der Digitaltechnik z.B. zum
Taktieren benutzt werden, wobei diese Toktierung erst dann einsetzt, wenn zu einem
bestimmten Zeitpunkt der Anschw.ngimpuls angelegt wird.
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Nun ist es aber bei vielen Anwendungsfällen in der Digitoltechnik
erforderlich, daß der Impulsgenerator sofort nah Einschalten der Versorgungsspannung
von selbst anschwingt. Beispielsweise muß bei BUroorganisationsmaschinen fast immer
gleichzeitig mit dem Einschalten derselben der Impulsgenerator zur Lieferung der
benötigten Taktfrequenz anschwinJen, ohne daß vorher nicht-taktierte Arbeitsabläufe
durchgeführt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgenerator
nach der Patentanmeldung P 17 62 471.4 derart weiterzubilden, daß dieser selbstanschwingend
wird, also z.B. bei Verwendung in Buroorganisationsmaschinen gleichzeitig it der
ZufUhrung der Betriebsspannung selbsttätig anschwingt.
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Demgemäß wird bei einem Imulsgenerator für die Verwendung in der Digitaltechnik
bestehend im wesentlichen aus einer kristallstabilisierten Schaltung mit einem symmetrisch
gotasteten Schwellwertschalter als Halbleiterschaltglied1 z.B. einem monolitbisch
integriertem Halb leiterschaltglied, vorzugsweise einem NAND-Baustein, und Stabilisierung
der Frequenz der Impuls folge am Ausgang durch einen piezoelektrischen Keramik-Schwinger,
nach Patentanmeldung P 17 62 471.4, erfindungsgemäß die kristallstabilisierte Schaltung
unter Verwendung eines piezoelektrischen Scherungs-Schwingers als Keramik Schwinger
als selbstanschwingende Stufe ausgebildet, wobei der Scherungsschwinger parallel
zu zwei in Reihe geschalteten monolithisch integrierten Bauelementen, vorX zugsweise
NAND-Bausteinen, liegt, welche mittels eines Koppelkondensators verbunden sind und
außerdem wird jedes dieser monolithisch integrierten Bauelemente als Schwellwortschalter
ausgebildet, indem jedes fUg sich über einen Widerstand rUckgekoppelt ist Da einerseits
auf Grund der physikalischen Gegebenheiten bei piezoelektrischen Schwingern nur
unter erheblichem Aufwand und nur innerhalb enger Grenzen ein anderes Taste
verhdltnis
als 1 : 1 symmetrisch getastet Schwingungsfolge) erreicht werden kann, andererseits
aber in der Digitaltechnik, insbesondere bei Büroorganisations maschinen bzw. bei
Anlagen der mittleren Datentechnik, auch andere Tastverhältnisse innerhalb eines
weiten Bereiches erforderlich sind, wird noch einem weiteren vorteilhaften Merkmal
der Erfindung bei dem Impuls generator wenigstens ein drittes Gatter als Auskoppelstufe
verwendet.
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Gemäß weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Er-.
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findung wird das einen symmetrisch getasteten Schwellwert schalter
bildende Halbleiterschaltglied entweder durch diskrete Halbleiterelemente, z.B.
Transistoren gebildet, oder es tritt an seine Stelle ein Operationsverstärker.
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Besondere vorteilhaft ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung,
in einem ersten Schwellwertschalter zur UnterdrUckung von in Form von positiven
Überschwingimpulsen auftretenden Oberwellen parallel zum zugeordneten Rückkoppelungswiderstand
einen Kondensator anzuordnen, Schließl.ich wird bei einem Impulsgenerator gemaß
der Erfindung durch eine entsprechende Dimensionierung von Rückkopplungswiderständen
in jedem Falle auf einfache und
bequeme Weise eine temperaturunabhängige
Arbeitspunkt stabilisierung bewirkt.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Scherungs schwingern als
piezoelektrischem Keramikschwinger wird erreicht, daß dadurch im Verhdltnis zum
Biegungsschwinger gemäß der-Hauptanmeldung P 17 62 471.4 bei Massenfertigung eine
wesentliche Verbilligung eintritt, da im Gegensatz zu drei Lötstellen beim Biegungsschwinger
bei ersteren nur zwei Lötstellen vorhanden sind. Hinzu kommt, daß auf diese Weise
noch erreicht wird, da die Ausfallrate bei Massenfertigung infolge des in geringeren
Mengen verwendeten Flußmittels beim Löten wesentlich niedriger ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach folgend on
Hand der Zeichnungen, in denen beispielsweise vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt sind, beschrieben. Es zeigend Fig. 1 ein Prinzipschaltbild
einer Ausführungsform der Erfindung mit einen Impulsgenerator aus monolithisch integrierten
Halbleiterelementen und einem Scherungsschwinger als piezoelektrischem Keramikschwinger;
Fig. 2 einen Impulsgenerator nach Fig. 1, wobei der innere Schaltungsaufbau der
monolithisch integrieten Halbleiterelemente dargestellt ist;
Fig.
3 ein. andere Ausführungsform eines erfindung gemäßen Impulsgenerators mit diskreten
Halbleiterbauelementen und einem Scherungsshwinger; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Impuls generators mit einem Operationsverstärker und einem
Sacherrungsschwinger, und Fig. 5 einen Impulsgenerator gemäß Fig. 4 inneram Schaltungsaufbau
des Operationsverstärkers.
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bei der Ausführungsform gemaß Figuren 1 und 2 liegt ein Scherungsschwinger
als piezoelektrischer Keramikschwinger parallel zu zwei in Reihe geschalteten monolithisch
xntogrierten Halbleiterbauelementen - im dargestellten Ausführungsbeispiel zu zwei
in Reihe geschalteten NAND-Gattern.
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Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß jedes dieser NAND-Gatter
fUr sich Uber einen Widerstand R4 bzw. R4' rUckgekoppelt ist, so daß jedes fUr sich
in seiner Funktion einen Schwellwertschalter S 1 bzw. d II darstellt. Bei der Reihenschaltung
der NAND-Gatter in S 1 und in S II erfolgt die Verbindung derselben über einen Koppelkondensator
C1.
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Zur Unterdruckung von in Form von positiven Uberschwing impulsen auftretenden
Oberwellen, die induktive Stärungen
an benachbarten Scholtungsteilen
hervorrufen könnten, ist hier im Schwellwertschalter S I parallel zu seinem RUckkoppelungskondensator
R4 ein Kondensator C2 angeordnet.
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Da ein piezoelektrischer keramischer Scherungsschwinger nur einen
inneren Widerstand von ca. 200 - 300 Ohm hat, kann am Ausgang des NAND-Gatter im
Schwellwertschalter S II nur ein "Fanout" (Ausfächerung) von etwa "2" erreicht werden.
Sollen jedoch mit dem Impulsgenerator gemaß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
andere Tastverhältnisse als 1 : 1" erzielt werden können, so ist die Nachschaltung
mindestens eines dritten Gatters 4 oder, je nach Bedarf an verschiedenartiger weiterer
Tastverhältnisse, von weiteren Gattern G 3 + 1, ...... 6 3 + n erforderlich.
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Bei einem ausgeführten Impulsgenerator gemäß Figuren 1 und 2 lieferte
dieser eine Rechteckspannung von Vout = 4 Volt bei einer Flankensteilheit für die
Vorder- und Rückflanke von 20 - 30 Nano-Sekunden. Außerdem zeigte er zwischen OOC
und 70°C ein sehr gutes Temperaturverhalten der Frequenz.
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Wenn auch im Hinblick auf die Entwicklungstendenz, in immer
größerem
Umfang integrierte Halbleiterbauelemente, insbesondere monolithisch integrierte
Elemente in der Elektronik und insbesondere in der Digitaltechnik zu verwenden,
diese Ausführungsform der Erfindung gemäß Figuren 1 und 2 besonders bemerkenswert
ist und fUr zukUnftige Anwendungsfölle von wachsendem Interesse sein dUrfte, so
ist die Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsform beschränkt.
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Eine weitere vorteilhafte AusfUhrungsform der Erfindung ist in Figur
3 dargestellt1 bei der die Schwellwertschalter S 1 und S II unter Verwendung von
diskreten Halbleiterbauelementen - hier von Ublichen Transistoren -gebildet sind.
Auch hier ist zwischen den in Reihe geschalteten Schwellwertschaltern 5 I und S
II ein Koppelkondensator c angeordnet, zu dem parallel als frequenzbestimmendes
Bauelement ein keramischer piezoelektrischer Scherungsschwinger 2 geschaltet ist.
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Auch hier erfolgt eine Oberwellenunterdrükung durch einen parallel
zum Rückkoppelungswiderstand R4 im Schwellwertschalter S I geschalteten Kondensator
C2. Durch entsprechende Dimensionierung von on einer negativen Spannung - U" liegenden
Widerständen R3 in S I und R3' in S II wird hierbei der
Einschalt-bzw.
Ausschalt-Schwellwert der Schwellwertschalter S U bzw. S II festgelegt. Außerdem
wird durch entsprechende Wahl der Widerstandwerte der Rückkoppelungswiderstände
R4 in S I und R4' in S II eine temperaturunabhängige Arbeitspunktstabilisierung
erreicht.
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Eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Impulsgenerators ist die in Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführungsform. Es handelt
sich hierbei um einen Rechteckgenerator mit einem Scherungsschwinger 2 als keramischem
Piezoxyd cis frequenzbestimmendem Bauelement in Verbindung mit einem Operationsverstärker
OV.
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Die positive Rückkoppelung wird vom Ausgang über den Piezoxyd an den
Eingang geführt. Für den DC-Arbeitupunkt erfolgt die Vorspannung durch R1 und R2,
wobei R2 an der negativen Betriebsspannung liegt. Dadurch schwingt der Oszillator
im linearen, aber nicht gesättigten, Bereich, und ein sicheres Abschwingen ist gewährleistet.
C1 entkoppelt R2 und beseitigt dadurch negative Rückkappelungen in der Oszillatorfrequenz.
Zur Erzeugung der positiven Rückkoppelungsspanung dient R3 und bewirkt gleichzeitig
eine Stabilisierung des Arbeitspunktes gegenüber Temperaturschwankungen.
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Der Wert für R3 errechnet sich aus R1 x R2 Rl + @ R2
Bei
einer Versorgungsspannung von +12 V und -6 V ist beispielsweise eine Ausgangsspannung
von + 1,35 V zu erwarten. Wenn der Eingang über R3 an "Masse" gelegt wird, ergibt
sich der optimale Vorspannungspunkt dann aus R1 1,35= R2 V-V- ist hierbei die negative
Versorgungsspannung.
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Zur Entkoppelung der negativen Rückkoppelung am invertierten Eingang
ist der Wert van C1 so zu wählen, don die Oszillotorfrequenz nicht beeinflußt wird.
Der Blindwiderstand ermittelt sich dabei beim dargestellten Ausführungsbeispiel
aus R1 Xc = 500 -Patentansprüche-