DE2062216A1 - Multivibrator with two single or multi-stage differential amplifiers connected in a chain - Google Patents
Multivibrator with two single or multi-stage differential amplifiers connected in a chainInfo
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Description
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Kippschaltung mit zwei ein- oder mehrstufigen in Kette geschalteten DifferenzverstärkernToggle switch with two single or multi-stage in chain switched differential amplifiers
Die iirfinaung betrifft eine KippscHaltung mit zwei ein— oaer mehrstufigen in Kette geschalteten Differeuzvorstärkern, an derei- aktive Elemente in Bezug auf Streuung der Kennwerte nur geringe Ansprüche gestellt werden.The iirfinaung concerns a tilt switch with two one- oa multi-stage differential pre-amplifiers connected in a chain, at derei- active elements in terms of dispersion of the Characteristic values are only made low demands.
■Jas sind Kippschaltungen bekannt, die aus einer Kettenschaltung von zv/ei /erstärkerstuf en bestehen, wobei eine Rückkopplung der ersten Verstärkerstufe das Kippverhalten verursacht. Solche Schaltungen haben den Nachteil, daß die Kippwerte sowohl von der Basis-Emitter-Spannung als auch von der Stromverstärkung der eingesetzten Transistoren stark abhängen. Bei hohen Anforderungen an die Stabilität der Kippwerte müssen die aktiven Bauelemente sortiert werden» Außerdem ist eine Temperaturkompensation notwendig.■ Yes, flip-flops are known that consist of a chain circuit of zv / ei / strengthening stages exist, with a feedback of the first amplifier stage causes the tilting behavior. Such circuits have the disadvantage that the Breakover values of both the base-emitter voltage and the current gain of the transistors used depend heavily. With high demands on stability of the tilt values, the active components must be sorted » In addition, temperature compensation is necessary.
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BADBATH
Bei Kippschaltungen, j.ie nach dem ocunitt-Trigger-Prinzip aufgebaut sind, sind die Basis-Emitter-ßtrecken der beiden Transistoren gegeneinanaergeschaltet, so daß der Temperaturrgang der Basis-Emitter-Sparjiung der Transistoren geringeren Einfluß auf die Kippwerte hat. Der Einfluß uer Stromverstärkung auf die Kippwerte ist auch bei den Schmitt-Trigger-Schaltungen groß, so daß auf Sortierungen der aktiven Bauelemente nicht verzichtet weraen kann (BRD-AS 1 I97 925).With flip-flops, they work according to the ocunitt trigger principle are built up are the base-emitter sections of the two Transistors switched against one another, so that the temperature change the base-emitter savings of the transistors are lower Has an influence on the tilt values. The influence of the current gain on the breakover values is also large in the Schmitt trigger circuits, so that on sorting of the active components cannot be waived (BRD-AS 1 I97 925).
Weiterhin sind Schaltungen begannt, die aus einer Differenzverstärkerstufe mit nachgeschalteter Emitterbasisstufe und einer mitkoppelnd wirkenden Rückführung vom Ausgang der Emitterbasisstufe aof einen Eingang der Differenzverstärkerstufe bestehen, idese Schaltungen haben jedoch den Nachteil, aaß der Temperaturgang der Basis-Emit ter-rSpannung der Emitterbasisstufe kompensiert werden muß. Auch bei einem Aufbau solcher Schaltungen ist das Sortieren der Transistoren erforderlich (BRD-AS 1 184 380, 1 198 414).Furthermore, circuits are started that consist of a differential amplifier stage with downstream emitter base stage and a positive feedback from the output of the Emitter base stage aof an input of the differential amplifier stage exist, but these circuits have the disadvantage The temperature response of the base-emitter voltage of the emitter base stage has to be compensated. Also at To set up such circuits, sorting of the transistors is necessary (BRD-AS 1 184 380, 1 198 414).
Die hauptsächlichen Mangel aller bekannten Schaltungsanordnungen bei einem Aufbau in diskreter Technik bestehen darin, daß die den Herstellungsprozeß stark belastenden Feinsortierungs- und Paarungsbedingungen eingehalten werden müssen.The main shortcoming of all known circuit arrangements in the case of a structure using discrete technology, the fact that the manufacturing process is very stressful Fine sorting and pairing conditions are observed have to.
• Der Zweck der Erfindung besteht in dem Bedürfnis, daß für aen Schaltungsaufbau in aiskreter Technik an aie verwendeten aktiven Bauelemente nur geringe Ansprüche gestellt zu werden brauchen und aie Verwendung von Transistoren mit üblichen Katalogwerten ohne Peinsortierung und Paarung möglich ist.• The purpose of the invention is the need that to be provided only low demands for aen circuitry in aiskreter technique to aie used active components need and aie using transistors with common catalog values without Peinsortierung and pairing is possible.
Der Erfindung liegt <iie Aufgabe zugrunde, eine Kippscaal·»· tung mit hoher Konstanz der Kippwerte aufzubauen, die es gestattet, den Einfluß der Parameter der aktiven BauelementeThe invention is based on the object of providing a Kippscaal · »· tion with high constancy of the tilt values that it allows the influence of the parameters of the active components
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auf die Kippwerte so zu beschränken, daß die Kippwerte primär durch passive Bauelemente in Verbindung mit den Versorgungsspannungen bestimmt werden.to limit the tilt values so that the tilt values primarily determined by passive components in connection with the supply voltages.
idungsgemäß wird axe Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kippschaltung aus zwei ein- oder mehrstufigen in Kette geschalteten Differenzverstärkern besteht, deren eine mitkoppelnd wirkende Rückführung von einem Ausgang des einen DifferenzverstäTKers auf einen Eingang des anderen DifferenzverstäTKers geschaltet ist, wobei der Ausgang in Bezug auf seinen Iimenwiderstand niederohmig belastet ist. Eine weitere ge.^enkoppelnd wirkenae ^Rückführung wird von dem gleichen Ausgang oder einem weiteren Ausgang des einen Diffe^enzverstärkers auf den gleichen Eingang oaer einen weiteren Eingang des anderen Differenzverstärkers geschaltet, wobei die Gegenkopplung rückwirkungsfrei über eine Kollektorbasisstufe geführt wird.id according to ax object is achieved in that the Flip circuit consists of two single-stage or multi-stage differential amplifiers connected in a chain, one of which is also coupled effective feedback from an output of a differential amplifier to an input of the other differential amplifier is switched, with the output in relation is loaded with low resistance on its Iimen Resistance. One further ge same output or another output of a differential amplifier to the same input or one further input of the other differential amplifier switched, the negative feedback reaction-free via a Collector base stage is performed.
Nach weiteren Merkmalen aer Erfindung erfolgt der niederohmige Anschluß der Mitkopplung durch eine Kurzschlußbrücke ,oder über einen niederohmigen »Viaerstand zwischen dem Aasgang des einen Diffex'enzverstärkers und dem Eingang des anderen Differenzverstärkers oder es wird die niederohmige Belastung des Ausgangs des Differenzverstärkers aurch einen »Viaerstand von diesem Ausgang auf ein Festpotential geschaffen. Die Spaniiungsgegenkopplung wirkt vom Ausgang des einen Differenzverstärkers über eine Kollektorbasisstufe, einen Spannungsteiler und einen Widerstand auf den Eingang des anderen Differenzverstärkers. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Arbeitswiderstand des zu dem Ausgang des einen Differenzverstärkers gehörenden Elementes, an deia die Mitkopplung angeschaltet ist, einstellbar ist. Desgleichen ist einer der beiden Spannungsteilerwiderstände der Gegenkopplung einstellbar. Schließlich ist noch für den Kippschaltungsausgang eine weitere der Kollektorbasisstufe nachgeschaltete KollektorbasisstufeAccording to further features of the invention, the low-resistance one takes place Connection of the positive feedback through a short-circuit bridge, or through a low-resistance »Viaerstand between the The output of one differential amplifier and the input of the other differential amplifier or it becomes the low-resistance one The output of the differential amplifier is loaded by a »via resistance from this output to a fixed potential created. The voltage negative feedback acts from Output of a differential amplifier via a collector base stage, a voltage divider and a resistor to the input of the other differential amplifier. Farther the invention provides that the working resistance of the belonging to the output of a differential amplifier Element to which the positive feedback is switched on, is adjustable. One of the two voltage divider resistors of the negative feedback can also be set. In the end there is another collector base stage connected downstream of the collector base stage for the multivibrator output
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vorgesehen und in den Eingang des einen Differenzverstärkers ist ein Meßglied geschaltet, dessen Besonderheit im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ' darin besteht, daß nichtelektrische physikalische Größen r für aie Ansteuerung verarbeitet werden.and a measuring element is connected to the input of the one differential amplifier, the special feature of which, in connection with the circuit arrangement according to the invention, is that non-electrical physical quantities r are processed for aie control.
Wegen der weitgehend erreichten Unabhängigkeit der Ablösepunkte von den Parametern der aktiven Bauelemente ist es möglich, ohne nachteilige Folgen auch solche aktiven Bauelemente einzusetzen, deren Kennwerte größere Streuungen aufweisen· Insbesondere ist es möglich, beim Aufbau in diskreter Technik Transistoren mit katalogmäßigen Toleranzen zu verwenden, ohne daß weitere Sortierungs- und Paa- m rungsarbeiten notwendig sind« Ferner wirken sich auch Veränderungen der aktiven Bauelemente im Betrieb, wie etwa durch Temperaturändernng oder durch Alterung, nur gering auf die Kippwerte aus, so daß in vielen Fällen auf eine zusätzliche Temperaturkompensation verzichtet werden kann· Zusätzlich zu der durch das Differenzprinzip bedingten Stabilität der Ansprechwerte gegenüber Veränderungen der Parameter der aktiven Bauelemente ist die Mit- und die Gegenkopplung so ausgebildet, daß sie die Eigenschaften des : zweiten Diffefenzverstarkers in stabilisierender Weise ver-; ändern« ·,Because the separation points are largely independent of the parameters of the active components, it is possible, without disadvantageous consequences, to also use those active components whose characteristic values have greater variance.In particular, it is possible to use transistors with catalog tolerances in the construction in discrete technology without that further sorting and PAA approximately working m are necessary "further, also act changes of the active devices in operation, such as by Temperaturändernng or due to aging, only slightly from the Kippwerte so that it can be dispensed with in many cases an additional temperature compensation · In addition to the stability of the response values caused by the difference principle in relation to changes in the parameters of the active components, the positive and negative feedback is designed in such a way that it enhances the properties of the: second differential amplifier in a stabilizing manner; change" ·,
" Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung zeigen:"The invention is intended below using an exemplary embodiment are explained in more detail in the accompanying drawing:
Fig· 1 Kennlinienverlauf der Kippschaltung, Fig· 2 Schaltungsaufbau der Kippschaltung, Fig· 3 Meßgliedanordnung mit einen der Differenzverstärker,Fig. 1 Characteristic curve of the flip-flop circuit, Fig. 2 Circuit structure of the flip-flop circuit, Fig. 3 measuring element arrangement with one of the differential amplifiers,
Zum Kennlinienverlauf nach Fig· 1 ist folgendes su bemerken ι The following is to be noted with regard to the course of the characteristic curve according to FIG. 1
Die Mitkopplung wird so gestaltet, daß sie in der Kennlinie B des zweiten Differenzverstärker eine Fixierung des Niveaus 3-4 unabhängig von TransistorparaaeternThe positive feedback is designed in such a way that it is fixed in the characteristic curve B of the second differential amplifier of level 3-4 regardless of transistor parameters
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bewirkt, die Gegenkopplung fixiert gleichermaßen das Niveau des Punktes 6. Die horizontale Lage des Ablösepunktes 4 für den Ansprechwert wird durch die Differenzwirkung stabilisiert, und die horizontale Lage des Ablösepunktes 6 für den Abfallwert durch den am Funkt 3 mit Einsetzen der Gegenkopplung auftretenden Übergang von einer Differenzverstärkerstufe zu einer Emitter-Basis-Stufe mit dem gemein- ; samen Emitterwiderstand der zweiten Differenzverstärker- | stufe als Stromgegenkopplungswiderstand· Die Verstärkung j des ersten iJifferenzverstarkers wird so groß gewählt, daß ) seine Übertragungskennlinie A von 1 bis 2 fast horizontalen Verlauf aufweist. Somit wirken sich Restverschiebungen der Ablösepunkte 4 und 6 in horizontaler Richtung nicht wie Verschiebungen der Übertragungskennlinie A infolge Änderungen der Eingangsgröße U6 aus. Ansprechwert und Abfallwert können gleichsinnig ohne Veränderung der Hysterese | durch Veränderung eines Widerstandes verschoben werden. I Ebenfalls durch Veränderung eines Widerstandes ist es mög- I lieh, den Abfallwert zu verschieben, ohne daß sich dabei ϊ der Ansprechwert ändert. Während bei der Mitkopplungs- ■ schleife die Rückwirkung beabsichtigt ist, muß die Gegen- j kopplungßschleifβ rückwirkungefrei ausgeführt werden, < damit das Ausgangssignal unabhängig von der eingestellten ; Gegenkopplung ist· Der Anschluß der Ausgangslast erfolgt j ebenfalls rückwirkungsfrei, damit sowohl Gegenkopplung als auch Ausgangssignal belastungsunabhängig sind« Die Kippkennlinie A erhält man oszillographisch durch Einprägen einer variablen Spannung am inversen Ausgang 19 des Differenzverstärkers D2, durch Messen am Ausgang 10 des Differenzverstärkers D1 und durch Anlegen beider Signale an den X- bzw« Y-Eingang eines Oszillographen, wobei die Eingangsgröße^ konstant gehalten wird. Die Kippkennlinie B erhält man entsprechend durch Einprägen einer variablen Spannung am Ausgang 10 dee Differenzverstärkers Dm und durch Messen am inversen Ausgang 19 des Differenzverstärkere $2*causes the negative feedback to fix the level of point 6. The horizontal position of the separation point 4 for the response value is stabilized by the differential effect, and the horizontal position of the separation point 6 for the drop value through the transition from one that occurs at point 3 with the onset of negative feedback Differential amplifier stage to an emitter-base stage with the common-; seed emitter resistance of the second differential amplifier | stage as current negative feedback resistance · The gain j of the first differential amplifier is chosen so large that ) its transfer characteristic curve A from 1 to 2 is almost horizontal. Thus, residual displacements of the separation points 4 and 6 in the horizontal direction do not have the same effect as displacements of the transfer characteristic curve A as a result of changes in the input variable U 6 . Response value and dropout value can have the same direction without changing the hysteresis | can be shifted by changing a resistance. I It is also possible, by changing a resistance, to shift the dropout value without changing the response value. While feedback is intended in the positive feedback loop, the negative feedback loop must be executed without feedback, so that the output signal is independent of the one set; Negative coupling is · The output load is also connected without any reaction, so that both the negative coupling and the output signal are independent of the load. The tilting characteristic A is obtained by applying a variable voltage to the inverse output 19 of the differential amplifier D 2 , by measuring at the output 10 of the differential amplifier D 1 and by applying both signals to the X or Y input of an oscilloscope, whereby the input variable ^ is kept constant. The tilting characteristic B is obtained accordingly by impressing a variable voltage at the output 10 of the differential amplifier Dm and by measuring at the inverse output 19 of the differential amplifier $ 2 *
131/191$ GRKälWÄL Jf^SPECTEO131/191 $ GRKälWÄL Jf ^ SPECTEO
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In Fig. 2 wird die Eingangsgröße ü_ unsymmetrisch an den Eingang 7 der Triggerschaltung gelegt, welcher gleich dem nichtinvertierenden Eingang des durch die Transistoren 8} 9" gebildeten Differenzverstärkers D^ ist. Vom Ausgang 10 des Differenzverstärkers D^ gelangt das Signal über die Kollektorbasisstufe 11 an den nichtinvertierenden Eingang 12 des durch die Transistoren 13; 14 gebildeten Differenzverstärkers Ί>2· Vom Ausgang I5 des Differenzverstärkers D2 gelangt das Signal über die Kollektorbasisstufen 16; an den Kippschaltungsausgang 18·In Fig. 2 the input variable ü_ is applied asymmetrically to the input 7 of the trigger circuit, which is equal to the non-inverting input of the differential amplifier D ^ formed by the transistors 8} 9 ″ to the non-inverting input 12 of the differential amplifier formed by the transistors 13; 14 Ί> 2 · From the output I5 of the differential amplifier D 2 , the signal reaches the collector base stages 16; to the trigger circuit output 18 ·
Die zur Erreichung des Kippverhaltens notwendige Mitkopplung wird über eine Rückführung mit niederohmiger Verbindung vom inversen Ausgang I9 des Differenzverstärkers Dp auf den invertierenden Eingang- 20 des Differenzverstärkers D^ erreicht. Der Widerstand 21 kann im (irenzfall durch eine Kurzschlußbrücke ersetzt werden. Das Gegenkopplungssignal als Spannungsgegenkopplung wird von der Kollektorbasisstufe 16 über die Spannungsteilerwiderstände 22; 23 und den Widerstand 24 ebenfalls an den invertierenden Eingang 20 des Differenzverstärkers D^ gelegt· Durch Variation des Arbeitswiderstandes 25, gegebenenfalls durch die Parallelschaltung eines weiteren Widerstandes, können die Schwellwerte bei konstanter Hysterese verschoben werden. Durch /striation des Spannungsteilerwiderstandes 22, gegebenenfalls durch Parallelschaltung eines weiteren Widerstandes, wird der Abfallwert verschoben, während der Ansprechwert konstant bleibt. Wird der Abfallwert durch Variation des Spannungsteilerwiderstandes 23 verändert, dann ändert sich geringfügig auch der Ansprechwert· Die Stabilisierung des Ansprechwertes kann entweder dadurch erreicht werden, daß die Widerstände 21; 24 und der Spannungeteilerwiderstand 23 oder der auf Festpotential geschaltete Laetwiderstand 26 niederohmig gegenüber dem Aueeangswiderstand ^08 Differenzverstärker D2 ausgeführt werden*The positive feedback necessary to achieve the tilting behavior is achieved via a feedback with a low-resistance connection from the inverse output I9 of the differential amplifier Dp to the inverting input 20 of the differential amplifier D ^. In the event of a failure, the resistor 21 can be replaced by a short-circuit bridge. The negative feedback signal as voltage negative feedback is also applied to the inverting input 20 of the differential amplifier D ^ by the collector base stage 16 via the voltage divider resistors 22; 23 and the resistor 24. If necessary, by connecting a further resistor in parallel, the threshold values can be shifted with constant hysteresis. Striation of the voltage divider resistor 22, if necessary by connecting a further resistor in parallel, shifts the dropout value while the response value remains constant changed, then the response value changes slightly Let the charging resistor 26 be designed with low resistance compared to the Aueeangswiderstand ^ 08 differential amplifier D 2 *
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Die antiparallelen Dioden 2? und 28 zwischen dem Eingang 7 und liassepotential vermindern die Auswirkungen des nichtlinearen iiingangswiderstandes der Schaltung und schützen gleichzeitig den Eingang vor überspannung.The anti-parallel diodes 2? and 28 between the input 7 and lassepotential reduce the effects of the non-linear input resistance of the circuit and at the same time protect the input from overvoltage.
In .Fig. 3 ist an einem Beispiel gezeigt, wie mittels eines Meßgliedes auch nichtelektrische physikalische Größen verarbeitet werden können . Fig. 3 zeigt dabei nur die Ansteuerung cles Differenzverstärkers D^ · Durch Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle 29 ändert sich der Widerstandswert des als Meßglied 30 verwendeten Photowiderstandes und demzufolge auch der von der Konstantspannungsquelle 31 getriebene Strom durch den aus dem Photowiderstand und einem weiteren Widerstand 32 gebildeten Spannungsteiler. Der Spannungsabfall am Widerstand 32 stellt die elektrische Eingangsgröße der Triggerschaltung dar. In .Fig. 3 shows an example of how by means of a Measuring element also non-electrical physical quantities can be processed. Fig. 3 shows only the control cles differential amplifier D ^ · Fluctuations in the brightness of the light source 29 change the resistance value of the photoresistor used as measuring element 30 and consequently also that of the constant voltage source 31 driven current through the voltage divider formed from the photoresistor and a further resistor 32. The voltage drop across resistor 32 represents the electrical input variable of the trigger circuit.
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